tutkielma.pdf, 350 kB - Helsinki.fi

Lähdejännitteen kvantifioimiseksi korvataan edellisen kytkennän vastukset (lamput)homogeenisella johdinlangalla (kuva 4.2.4.). Tällöin potentiaalin kuvaajasta tulee laskevasuora. Kokeellisesti tämä varmennetaan seuraavasti. Kytketään tutkittavan paristonmiinusnapa vastuslangan AB pisteeseen A. Etsitään vastuslangalta sellainen kytkentäpisteX, että tutkittavan pariston piirissä ei kulje virtaa. Tällöin pisteiden A ja X välinenjännitehäviö kumoaa tutkittavan pariston lähdejännitteen E x . Kun lähdejännitteelle annetaanarvot E 0 , 2E 0 , 3E 0 … , missä E 0 on valitun normaalipariston lähdejännite, osanAX pituus saa arvot x 0 , 2x 0 , 3x 0 , … . Siten U AX = E x ~ x.Tämän jälkeen minkä tahansa pariston lähdejännite voidaan mitata käyttäen yksikkönävalitun normaalipariston lähdejännitettä. Näin tulevat kvantifioiduiksi suureet lähdejännite,jännitehäviö, piirin potentiaali ja kahden pisteen välinen jännite.Virtapiirit noudattavat Kirchhoffin 2. lakia: virtapiirin jokaisessa umpinaisessa silmukassalähdejännitteiden summa on yhtä suuri kuin jännitehäviöiden summa. Piirinlämpöteho P, lähdejännite E ja sähkövirta I noudattavat Joulen lakia: P ~ EI. Nämä kokeellisetlait voidaan tulkita energian säilymislaeiksi prosessissa, jossa piirissä kulkevasähkövirta lämmittää johdinta.Kuten aiemmin on jo todettu, sähkövirran ja varauksen välinen yhteys voidaan kokeellisestitodentaa, kun kondensaattorin levyt kytketään suljetun virtapiirin kahteen eripisteeseen. Tällöin havaitaan, että piirin kahden pisteen välinen jännite ja kondensaattorinlevyjen välinen sähköstaattinen jännite ovat suoraan verrannolliset. Siten nämä suureetvoidaan yhdistää samaksi suureeksi.Vaihtovirtageneraattorissa virtalähdeilmiönä on sähkömagneettinen induktio. Kunkäämi pyörii homogeenisessa magneettikentässä kenttää vastaan kohtisuoran akselinympäri, sen päiden välille syntyy lähdejännite, jonka suunta ja suuruus vaihtelevat ajansuhteen sinimuotoisesti. Jännite voidaan mitata ajan funktiona oskilloskoopilla tai tietokoneeseenliitetyllä mittausjärjestelmällä.Vaihtojännitettä kuvaavia suureita ovat kulmataajuus, jaksonaika ja taajuus sekäjännitteen hetkellinen, huippu- ja tehollinen arvo. Vaihtojännitteen kulmataajuus, jaksonaikaja taajuus ovat yhtä suuret kuin käämin kulmanopeus, kierrosaika ja kierrostaajuus.Vastuksen kuluttama teho noudattaa Joulen lakia myös hetkellisesti: P(t) ~ U(t) 2 .Siksi vaihtojännitteen tehollinen arvo määritellään siten, että sen suuruinen tasajänniteaiheuttaa vastuksessa saman keskimääräisen tehonkulutuksen. Kokeellisesti havaitaan,että sinimuotoisen vaihtojännitteen huippu- ja tehollisen arvon suhde on noin 1,41. Matemaattisestinähdään suhteen olevan √2.Umpinaisessa virtasilmukassa Kirchhoffin 2. laki pätee kunakin ajan hetkenä erikseen.4.3 Resistanssista impedanssiinKun erilaisten virtapiirien napojen välille kytketään yhtä suuret jännitteet, niihinsyntyvät erisuuret sähkövirrat. Havaitaan, että sähkövirta riippuu jännitteestä tavalla,joka on kullekin piirille ominainen.Tämän ominaisuuden kvantifioimiseksi tutkitaan, miten metallijohtimen jännitehäviöriippuu sähkövirrasta. Kytketään johtimen päät lähteeseen, jonka jännitettä voidaanvarioida, ja mitataan johtimessa kulkeva virta. Pidetään johtimen lämpötila vakiona jakäytetään riittävän pientä sähkövirtaa. Tällöin jännitehäviö on verrannollinen sähkövir-15