Fysikk og teknologi - Elektrisitet 04.04.2017 Elektrisitet: Fra emnebeskrivelsen i fysikk og teknologi: Studentene skal: ha grunnleggende kunnskap om: strøm, spenning, energi og kretser Fra læreplan for grunnskolen: Elever skal: (etter 7.kl) - gjennomføre forsøk med magnetisme og elektrisitet, beskrive og forklare resultatene Elever skal: (etter 10.kl) - forklare resultater fra forsøk med strømkretser ved bruk av begrepene strøm, spenning, resistans, effekt og induksjon. - forklare hvordan vi kan produsere elektrisk energi fra fornybare og ikke- fornybare energikilder. - gjøre forsøk og enkle beregninger med arbeid, energi og effekt.

Litt om magnetisme

Magnetiske materialer Noen materialer, som jern, en del former for stål samt mineralet magnetitt, er særlig magnetiske. Alle andre material har og, i større eller mindre grad, magnetiske egenskaper, men i de fleste tilfeller er egenskapene så små at de ikke kan påvises uten bruk av spesialutstyr.

Jordas magnetfelt

Elektromagnetisk induksjon elektromagnetisk induksjon kalles fenomenet hvor det oppstår elektrisk strøm i en leder om magnetfeltet endres. Elektronene tvinges altså i bevegelse pga endringen i det magnetiske feltet. Omvendt settes det opp et magnetisk felt om elektronene tvinges gjennom en leder.

Eksempel 1: Dynamo En dynamo skaper elektrisk strøm pga vi ”spinner” en magnet rundt en elektronisk krets. Det krever arbeid og vi føler sykkelen blir litt mer tungtrådd.

Eksempel 2: Elektromotor En elektromotor (består av en magnet) tvinges i bevegelse pga vi endrer det magnetiske feltet ved hjelp av strøm. Vi benytter dermed elektrisk arbeid til å få mekanisk arbeid.

Eksempel 3: Høytaler En forsterker driver elektrisk strøm av varierende styrke gjennom en krets bak i høytaleren. Høytalermagneten blir dermed sendt frem og tilbake hurtig og kraftig nok, til å flytte luften slik det blir lyd.

Eksempel 4: Elektromagnet Ved å tvinne ledning rundt en spiker og sette på strøm kan man lage en elektromagnet. Spikern vil kun være magnetisk så lenge det går strøm gjennom ledningen. (Såfremt den ikke er en magnet fra før) Prøv å løft en binders.

Statisk elektrisitet Statisk elektrisitet er stillestående elektrisitet. En gjenstand som er elektrisk ladet, det vil si som har for mange eller for få elektroner, sier vi er statisk elektrisk ladet.

Ladning Negativt ladde gjenstander har overskudd av elektroner, positivt ladde har underskudd. Symbol for ladning: Q Enhet: Coulomb (C ) Ett proton har ladningen e, dvs: 1e = 1.60*10-19 C Ett elektron har ladningen –e = -1.60*10-19 C

Strøm Når en ladning Q passerer gjennom en ledning i tiden t, er strømmen I gjennom ledningen definert som ladningen delt på tiden, I = Q/t Symbol for strøm:I Enhet for strøm: ampere,A 1 A = 1 Coulomb/sekund Strøm sier noe om hvor mye ladning som passerer pr tid.

Sikringer

Strømretning Er definert som den retningen en positiv ladning vil bevege seg i. Dette betyr at elektronene i metalltråder går MOT strømretningen.

Strømtyper (AC / DC) Vekselstrøm - Likestrøm Strømnettet vårt har vekselstrøm Strømmen går frem og tilbake 50 ganger pr sek Batterier har likestrøm Strømmen går en vei, fra + til -.

Spenning Er energi per ladning Symbol: U = Wel/Q Spenning er den elektroniske energien per ladningsenhet. Enhet for spenning: Joule /Coulomb = Volt Spenning sier hvor energirik ladningen er.

Spenning, visuelt forklart Spenningsfall over en lyspære:

Begrep: Resistans (motstand) Resistansen til en komponent (f.eks. en lyspære) er forholdet mellom spenningen U og strømmen I. R = U/I Enhet for resistans er ohm, eller Ω ohm = volt/ampere Noen komponenter kalles motstander. De blir mye brukt for å gi riktig resistans i kretsen. Motstander kan være ethvert elektrisk apparat, og de kan være laget av metall og ikke-metall.

Ohms lov For en metallisk motstand med konstant temperatur er strømmen gjennom motstanden proporsjonal med spenningen over motstanden. U=RI Enhet: Volt = Ohm * Ampere U=RI (huskeregel ”URI” )

Finne motstanden til en lampe: I en vanlig strømuttak kobler du til en kraftig arbeidslampe. Spenningen i kontaktene på vanlige hus er ca 220V. Du ønsker å finne motstanden R ved hjelp av ohms lov. Du vet strømmen er 2 Ampere. R = U/I = 220V/2A = 110 Ω (ohm)

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. -

Koblingstyper: Seriekobling: Parallellkobling:

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