forelesning(elektrisitet2) - Søk

Elektrisitetslære - 2
Strømtyper, elektriske komponenter,
måleutstyr, kretser, elektrisk effekt
Camilla Blikstad Halstvedt 17.09.09

Repetisjon: Sentral elektrisk teori - 1
• Hva er ladning? Hvilke krefter oppstår mellom ladninger? Hva
kjennetegner en ladd gjenstand.
• Hva er strøm? Hvilke typer strøm har vi? Hvordan måler vi
strøm? Symbol og enhet?
• Hva er spenning? Hvordan måles spenning? Symbol og
enhet?
• Hva er motstand? Hvordan måler vi motstand? Symbol og
enhet?
• Kan du utrykke motstanden med strøm og spenning?
• Hva er ohms lov og når gjelder den?
• Hva er vanlige spenningskilder?

Hvordan fungerer en lynavleder?
• Fly og bil virker som en metallboks som leder lynet
rundt og vekk fra oss
• Lynavleder på bygninger er som regel en metallstang
plassert høyt og koblet til ledning til jord
• Lynet søker mot jord

Hvordan virker ett batteri?
• http://www.regnmakerne.no/Startside/Kunnskap/Hvordan-virker-det/Batteri/
• Et elektrisk batteri er en komponent som har en lagret energi i kjemisk form, og
som kan avgi den i elektrisk form
• Galvanisk celle
Forsegling
av bek
Pasta av ammoniumklorid
Karbonstav
Elementet har en spenning på 1,5 V.
• For å få større spenning kobler vi flere elementer i serie
Metallhette (positiv kontakt)
Mangandioksid med karbonpulver
Isolerende lag
Sinkkasse (negativ kontakt)

Kondensator
• Brukes til å lagre elektrisk ladning.
• Består av to metalliske plater som ligger nær hverandre.
• Når spenning settes på, lades platene. Den ene plata får
ladning +Q og den andre –Q.
• Kondensatorer skaper ladningsforskjell og kan brukes som et
batteri hvis kondensatoren utlades. Dog er levetiden mye
mindre enn et batteri.

Symboler for kretsdiagrammer

En typisk strømkrets:
(se figur 9-10 i ERGO for flere symboler)

Kortslutning:
• Oppstår når strømmen går gjennom en krets med minimal (~0) motstand.
• Vi beskytter oss mot dette vha sikringer.
• Hvis det går for mye strøm gjennom kursen vil sikringen ryke pga metall i
sikringen smelter og kretsen brytes.
• -

Strømkretser/Koblingstyper:
• Seriekobling:
• Parallellkobling:

Seriekobling

Parallellkobling

Mer avanserte koblingstyper:
Seriekobling hvor to
lyspærer er parallellkobla:
Tre lyspærer parallellkobla:

Måling av strøm og spenning
Spenning
Er et mål for strømkildens evne til å bevege elektronene. Hvis vi øker spenningen i
en krets vil også strømstyrken øke. Måleenheten for spenning heter Volt (V)
Måleinstrumentet heter voltmeter.
Voltmeter settes inn i strømkretsen på denne måten:
Spenning måles alltid mellom to
punkter. V 1 og V 2 måler
spenningen over lampene og V
måler spenningen over batteriet.
V 1 + V 2 = V
Strømstyrke Hvert elektron bærer en ladning.
Ladningsmengden ( dvs antall elektroner), som passerer et tverrsnitt av
lederen pr. sekund, kaller vi strømstyrke.
Måleenheten for strømstyrke heter Ampère (A) Måleinstrumentet kalles
ampermeter.
A
Ampermeter settes inn i strømkretsen på denne måten.
I en seriekobling er det samme strømstyrke overalt.
De tre ampermetrene på figuren viser altså samme verdi.
A
V 1
V
V 2
13
A

Måleutstyr ( Amperemeter)
• Amperemeter:
Måler strømmen i en krets (må seriekobles)
• ”Amperemeteret teller elektroner som passerer”
• Ideelt sett skal amperemetere ha så liten motstand som mulig. Hvis
motstanden er nevneverdig stor vil amperemeteret slippe mindre strøm
gjennom enn hva det ellers ville ha gjort hvis amperemeteret ikke var
kobla til.

Måleutstyr(voltmeter)
• Voltmeter: Måler spenningsforskjellen i Volt over to
områder i kretsen(må parallellkobles)
• Her måles spenninga over lyspæra ved at voltmeteret
parallellkobles før og etter strømmen går gjennom pæra.
• Ideelt sett skal et voltmeter ha så stor motstand som mulig
så det ikke påvirker kretsen ved at nevneverdig strøm går
gjennom voltmeteret.

Multimeter
(voltmeter, amperemeter, temperaturmåler og
motstand i ett)

Øvelse - koblinger
Hensikt: Lære å koble serie og parallell
• Utstyr: lyspære, lyssokkel, krokodilleklemmeledninger og batteri,
amperemeter
• Få kretsen til å lyse
• tegn kretsen med et ampermeter i tillegg.
• Mål strømmen.
• PS, lyspærene tåler ikke mer enn et par sekunders strøm ved
paralllellkobling og bruk av kun en lyspære, så vær varsom, et raskt glimt
er nok!
• Si fra om pæra ryker, så de syke ikke blandes med de friske.

Sikringer

Sikringer
• Sikringer er en del av en elektronisk krets som skal ryke for at kretsen ikke
overbelastes.
• Sikringer finnes i hus, biler og i mer avanserte elektroniske komponenter
(f.eks i lydanlegg)
• Siden nettspenningen i strømnettet vårt (230V) er den samme uansett
hvor mye energi vi bruker, er det hensiktsmessig å måle sikringers
tåleevne i Ampere (strømmengde).
• Sikringer ryker ved kortslutning.
• Ved lynnedslag går det såpass høy spenning gjennom sikringen at metallet
ikke rekker smelte før skaden er skjedd, derfor brukes lynavledere.

Sikring på en strømkrets i et hus

”Seriekoblet foss / parallellkoblet foss”
• I en seriekoblet foss er fossefallene plassert etter hverandre (som
komponentene i en seriekoblet elektrisk krets.) Fossefallene deler på den
totale falllengden.
• I en parallellkobla foss
renner alle fossefallene fra samme høyde
og fallet er likt for alle
enkeltfossefallene (som spenningsfallet for
komponentene i en parallellkoblet
elektrisk krets)

Spenning
• Er energi per ladning, den sier hvor energirik ladningen er
• Symbol: U = W el/Q
• Spenning mellom to punkter i en krets er forskjellen i det
elektroniske arbeidet som er utført per ladningsenhet.
• Spenning har symbol U
• Spenning har enhet Volt (V)
• Spenning over batterier kalles polspenning.
• Spenning i stikkontakta kalles nettspenning(ca 230V)

Spenningsfall over
enkeltkomponent i serie og
parallell krets

Strømtyper
Vekselstrøm (også kalt AC eller ~)
• Strømmens hastighet og retning endres – i
strømnettet følger denne strømbevegelsen en
sinuskurve, strømmen går frem og tilbake 50
ganger i sekundet, derav 50Hz.
Likestrøm (også kalt DC)
Strømtypen, som bl.a er i batterier, hvor strømmen
går en retning hele tiden – fra pluss til minus.

Strømtyper kan konverteres
• Ved å bruke en AC/DC konverterer kan man
bruke vekselstrøm til å hente ut likestrøm.
• Eksempler på apparater som trenger slike
konverterere er støvsugere, batteriladere,
mobilladere, etc..

Elektrisk effekt
• Elektrisk effekt er spenning multiplisert med
strøm
• P=UI
• Enhet: Watt = Volt * Ampere
P=UI (huskeregel ”PUI” )
6.82A

Elektrisk effekt (P)
• Den elektriske effekten i en komponent er gitt ved
P = UI
• (huskeregel ”PUI” )
Effekt = Spenning * Strøm
Enhet: Watt = Volt * Ampere
Symbol: P = U * I
En annen sammenheng er at effekt er energi pr tidsenhet.
(Joules lov skal vi gå gjennom nærmere senere.)
F.eks oppgis bilers effekt i enten hestekraft (hk) eller kiloWatt (kW), dette har ikke med
elektrisiteten i bilen å gjøre, men hvor mye energi motoren genererer pr sekund.

Hvorfor høyspentledninger?
• Transport av strøm over lengre avstander foregår med høy
spenning.
Dette gjøres fordi motstanden i ledningene øker mye mer pga
høy strøm enn høy spenning. (Det er altså mer effektivt å
transportere noen få , men viltre elektroner i ledningen,
enn mange små dvaske elektroner.)
Elverket leverer samme effekt (P=UI) om de øker U på
bekostning av I, men motstanden i ledningen (varmetap)
minsker .

sparepærer | vanlige pærer
• Sparepærer avgir mye mer lys per Watt enn vanlige
lyspærer.
Glødetråd
Tilkobling
Tilkobling
• Typisk bruker sparepærer bare ca 15% til 25% av
energien til vanlige lyspærer, for å lyse opp samme
mengde.

kWh
• Strømprisen er gitt som NOK pr kWh
• 1 kW er 1000Watt
• Hvis du har på kokeplata på 1000Watt i en time
har du brukt 1kWh
Er strømprisen 70øre/kWh må du betale 70 øre for
å koke noe på 1000W i en time.

kWh
• Kilowatt-time (kWh) er et begrep for mål av
energibruk. Egentlig brukes jo Joule for energi, men
kWh brukes i økonomisk sammenheng.
• Strømprisen gies som kroner pr kWh.
• Hvis du har på kokeplata på 1000Watt i en time har du
brukt 1kWh
Er strømprisen 70øre/kWh må du betale 70 øre for å koke
noe på 1000W i en time.

Oppgave:
• Hvor mye penger sparer man på ett år ved å bytte
ut 20 x 40W lyspærer til sparepærer på 20x 10W
?
• Pærene står på hele dagen, 365 dager i året.
• Pris på 1kWh = 0.70kr
• Hva om pærene i tillegg bare står på 8 timer hver
dag?