5.8 Käämi vaihtovirtapiirissä5.8.1 Käämin impedanssiTässä luvussa tutkitaan, kuinka käämin impedanssi riippuu vaihtojännitteen taajuudestaja käämin induktanssista. Tavoitteena on luonnollisesti osoittaa, että käämin impedanssion suoraan verrannollinen vaihtojännitteen taajuuteen ja käämin induktanssiin. Impedanssinja induktanssin välisen riippuvuuden tutkiminen koulun välineillä on vaikeaa,koska käämin induktanssin varioiminen sen muita ominaisuuksia muuttamatta ei oleyksinkertaista. Suuntaa antavia kokeita voitaneen tehdä.U~fAILVKuva 5.8.1 Jännitteen ja sähkövirran mittaaminen.1. Rakennetaan kuvan 5.8.1. kytkentä. Käytetään pieniresistanssista käämiä. Vaihdellaanpiirin napajännitettä U, mitataan sähkövirta I ja piirretään kuvaaja U(I). Määritetäänkuvaajasta piirin impedanssi. Toistetaan koe jännitteen eri taajuuksilla. Tällöin havaitaan,että käämin impedanssi on verrannollinen jännitteen taajuuteen. [2, s. 63; 8, s.81]Koejärjestelyä kokeiltiin 600 kierroksen käämillä, jonka resistanssi oli 2,5 Ω ja induktanssi9 mH. Mittaustulokset on esitetty taulukossa 5.8.1. ja kuvissa 5.8.2. ja 5.8.3.Mittaukset tehtiin analogisilla demonstraatiovirta- ja jännitemittareilla. Jännitteet onluettu 0,1 voltin, sähkövirrat 10 milliampeerin ja taajuudet 10 hertsin tarkkuudella. Impedanssimääritettiin graa<strong>fi</strong>sesti noin 2 ohmin tarkkuudella.Taulukko 5.8.1 Impedanssin riippuvuus jännitteen taajuudesta.f / Hz 600 800 1000 1200 1400 1600 1810 2000 4000U / V I / mA I / mA I / mA I / mA I / mA I / mA I / mA I / mA I / mA0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00,1 3,0 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,50,2 6,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,00,3 9,0 7,0 6,5 5,5 5,0 4,0 4,0 3,5 2,00,4 13,0 10,0 9,0 7,5 6,5 5,5 5,0 4,5 2,50,5 16,0 12,0 11,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,5 3,00,6 19,5 14,5 13,5 11,0 9,5 8,0 7,0 6,5 3,50,7 22,5 17,0 16,0 13,0 11,0 9,5 8,5 7,5 4,00,8 25,5 19,0 17,5 14,5 12,5 11,0 9,5 8,5 4,50,9 29,0 22,0 19,5 16,5 14,0 12,0 11,0 9,5 5,01,0 24,0 22,0 18,0 15,5 13,5 12,0 11,0 5,5Z / Ω 31 41 45 55 64 74 83 93 17636
Kuva 5.8.2 Käämin jännitehäviö sähkövirran funktiona.1,0U / V0,90,80,70,60,50,40,30,20,1I / mA0,00,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0Kuva 5.8.3 Käämin impedanssi taajuuden funktiona.600 Hz800 Hz1000 Hz1200 Hz1400 Hz1600 Hz1810 Hz2000 Hz4000 Hz180160140120100806040200Z / ΩR 2 = 0,9987f / Hz0 1000 2000 3000 4000Kokeessa on syytä käyttää riittävän suuria vaihtojännitteen taajuuksia. Kun taajuus olialle sata hertsiä, impedanssin ja taajuuden riippuvuus ei ollut lineaarinen, koska tuolloinkäämin impedanssi ei ollut riittävästi sen resistanssia suurempi.2. Koska rautasydän vahvistaa induktioilmiöitä,impedanssin ja induktanssin välistä yhteyttä voidaandemonstroida seuraavasti: Lisätään edellisenkokeen käämiin rautasydän ja kytketään kääminnapojen välille vaihtojännite. Tutkitaan, kuinkapiirissä kulkeva sähkövirta muuttuu, kun I-osaasiirretään vasemmalta oikealle, ja kun se irrotetaanU-osasta. [8, s. 155; 11, s. 205]xkäämi600 r2,5 Ω30 mm 40 mm 30 mm37