© Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos
© Helsingin yliopiston
opettajankoulutuslaitos
Lamppujen kirkkauteen voidaan vaikuttaa kytkemällä paristoja sarjaan. Kun kaksi paristoa kytketään sarjaan, havaitaan, että ne yhdessä saavat lampun palamaan paljon kirkkaammin kuin yksi paristo. Mitä suurempi on jännite, sitä suurempi on lampun valaisuteho.
Lampun valaisuteho riippuu jännitteestä. Kahden sarjaan kytketyn pariston jännite on kaksinkertainen yhden pariston jännitteeseen verrattuna.
Kun paristoon kytketään kaksi lamppua rinnan, havaitaan, että ne palavat yhtä kirkkaasti kuin yksi lamppu yksinään, sillä paristosta saadaan kaksinkertainen sähkövirta. Kaksi lamppua valaisee tehokkaammin kuin yksi lamppu.
Valaisuteho riippuu sähkövirrasta.
Näiden kahden kokeen perusteella valaisuteho on siis sitä suurempi mitä suurempi on jännite ja mitä suurempi on sähkövirta.
Tavallisten 230 V:n verkkojännitteeseen kytkettävien hehkulamppujen kirkkaudet ilmoitetaan niiden tehojen avulla. 60 W:n lamppu on kirkkaampi kuin 40 W:n lamppu. Sen hehkulanka on lyhyempi ja sen läpi kulkee suurempi sähkövirta kuin 40 W:n lampun hehkulangan läpi. Mitä suurempi sähkövirta lampun läpi kulkee, sitä tehokkaammin se valaisee eli tuottaa valoenergiaa aikayksikköä kohden.
Lampun valaisu- ja lämmöntuottoteho ilmoitetaan watteina
Voimalaitoksessa poltetaan esimerkiksi hiiltä eli vapautetaan hiileen
sitoutunutta kemiallista energiaa. Energia muunnetaan voimalaitoksessa
sähkö(energiaksi) ja siirretään pitkin korkeajännitelinjoja sähkön käyttäjille.
Sähköllä saadaan aikaan kotona ja teollisuudessa liikettä, valoa ja lämpöä.
Sähkön siirto korkeajännitelinjoja pitkin
Mitä tehokkaampi laite on, sitä nopeammin sen avulla työ tulee tehdyksi. Suurempitehoinen laite kuluttaa nopeammin myös energiaa. Esimerkiksi hehkulampun teho ilmoittaa, millä teholla se muuntaa sähköä valoksi ja lämmöksi.
Harrastelijalle riittää 500 W:n porakone, mutta ammattimies tarvitsee 1000 W:n laitteen.
Kun vesikattilaa lämmitetään liedellä, veden saama energia havaitaan veden lämpenemisenä. Vesi saa sitä enemmän energiaa, mitä kauemmin lämmitys kestää. Veden lämpenemiseen vaikuttaa lämmitysajan lisäksi levyn lämmitysteho. Kattilassa oleva vesi saa sitä enemmän energiaa, mitä suuremmalla teholla ja mitä kauemmin vettä lämmitetään.
Sähkölaitteiden energiankulutus voidaan joissakin tapauksissa laskea, kun tiedetään sähkölaitteen teho ja käyttöaika. Käyttöaikaa arvioitaessa on huomattava, että monissa laitteissa, kuten sähkökiukaassa, on termostaatti, jolloin laite ei ole päällä jatkuvasti. Teho on merkitty laitteen arvokilpeen. Kulutusta laskettaessa teho muunnetaan kilowateiksi (1000 W = 1 kW) ja käyttöaika tunneiksi. Laite kuluttaa sitä enemmän energiaa mitä suurempi sen teho (P) on ja mitä kauemmin (t) laitetta käytetään.
Sähkölaitos laskuttaa kotitalouksia sähkön käytöstä käytettyjen kilowattituntien (kWh) perusteella.
Esimerkiksi, jos laitteen teho on 500 W eli 0,5 kW ja sitä käytetään 3 tuntia, sähköenergiaa käytetään tällöin
0,5 kW · 3 h = 1,5 kWh.
Jos sähkön yksikköhinta on 10 senttiä/kWh, tämä energiamäärä maksaa
1,5 kWh · 10 senttiä/kWh = 15 senttiä.
Silitysraudassa olevat lämmitysvastukset lämpenevät, kun niiden läpi kulkee sähkövirta. Silitysraudan lämmitysvastusten ei kuitenkaan haluta antaa lämmetä jatkuvasti. Siksi lämpenemistä säädetään termostaatilla.
Termostaatti on kytkin, joka katkaisee virtapiirin, kun laite kuumenee liikaa ja kytkee laitteen päälle, kun se on jäähtynyt tarpeeksi.
Silitysraudan kiertokytkimestä säädetään termostaatin herkkyys sopivaksi. Termostaatti sulkee virtapiirin, kun rauta on viileä ja katkaisee virtapiirin, kun rauta on riittävän kuuma.
Käytettävissäsi on sähköpareja, kolmen pariston teline, johtimia ja kaksi eripituista lyhyttä metallilankaa, kuumennusalusta sekä kytkin ja kello. Kiinnitä paristot kolmen pariston telineeseen. Aseta metallilanka kuumennusalustalle.
Huomaa, että virtapiiri kannattaa sulkea vain lyhyeksi aikaa, jotta paristot eivät kulu turhaan. Kuumentunut johdin aiheuttaa helposti sormiin pienen palovamman.
– Rakenna lämmitin. Rakenna kolmen pariston alustasta, katkaisijasta ja lyhyemmästä metallilangasta kuvan mukainen kytkentä siten, että sähkövirta ei kulje virtapiirissä.
– Kosketa sormella lankaa ja sulje virtapiiri kytkimestä. Mittaa kellolla, kuinka kauan voit koskettaa lankaa ennen kuin se alkaa polttaa sormea. Katkaise virtapiiri välittömästi.
– Kun lanka on jäähtynyt, vaihda se pidempään lankaan. Mittaa taas kellolla, kuinka kauan voit koskettaa lankaa ennen kuin se alkaa polttaa sormea. Katkaise virtapiiri välittömästi.
– Piirrä kuva kytkennästäsi ja selosta, miten kytkentä toimii.
– Missä kodin laitteissa lämmittimen ideaa käytetään hyväksi?
Käytettävissäsi on sähköpareja, kolmen pariston teline, johtimia ja kuumennusalusta, teräsvillaa sekä kytkin. Kiinnitä paristot kolmen pariston telineeseen. Leikkaa teräsvillaa noin pikkusormen levyinen pätkä (lyhyt ja ohut "tukko"). Pyöritä sitä sormiesi välissä niin, että siitä tulee kuin naru. Aseta teräsvillanaru kuumennusalustalle.
Huomaa, että virtapiiri kannattaa sulkea vain lyhyeksi aikaa, jotta paristot eivät kulu turhaan. Kuumentunut teräsvilla aiheuttaa helposti sormiin pienen palovamman.
– Tutkit, mitä teräsvillalle tapahtuu, kun sähkövirta kulkee sen läpi. Rakenna kolmen pariston alustasta, katkaisijasta ja teräsvillanarusta kuvan mukainen kytkentä siten, että sähkövirta ei kulje virtapiirissä.
– Älä kosketa teräsvillanarua äläkä katso sitä liian läheltä! Käytä suojalaseja! Sulje virtapiiri kytkimestä. Mitä tapahtuu? Katkaise virtapiiri..
– Piirrä kuva kytkennästäsi ja selosta, miten kytkentä toimii kotonasi.
– Missä kodin laitteissa ilmiötä käytetään hyväksi?
Käytettävissäsi on hehkulamppu, sähköpareja, kolmen pariston teline, johtimia ja metallilankaa, kuumennusalusta sekä kytkin. Kiinnitä paristot kolmen pariston telineeseen. Aseta metallilanka kuumennusalustalle ja rakenna kuvan kytkentä.
Huomaa, että virtapiiri kannattaa sulkea vain lyhyeksi aikaa, jotta paristot eivät kulu turhaan. Kuumentunut metallilanka aiheuttaa helposti sormiin pienen palovamman.
Kuvan mukaisessa kytkennässä lanka ei lämpene, koska virtapiirissä oleva lamppu vastustaa sähkövirran kulkua.
Kun hehkulamppu otetaan virtapiiristä pois, lanka alkaa lämmetä (langasta tulee erittäin kuuma). Virtapiirissä ei ole vastusta, joka vastustaisi sähkövirran kulkua. lanka vastustaa vain vähän sähkövirran kulkua.
Käytettävissäsi on sähköpareja, kolmen pariston teline tai litteä paristo, johtimia ja kuumennusalusta, teräsvillaa sekä kytkin. Kiinnitä paristot kolmen pariston telineeseen. Leikkaa teräsvillaa noin pikkusormen levyinen pätkä (lyhyt ja ohut "tukko"). Pyöritä sitä sormiesi välissä niin, että siitä tulee kuin naru. Aseta teräsvillanaru kuumennusalustalle, kokoa kytkentä ja laita kytkin off-asentoon
Huomaa, että virtapiiri kannattaa sulkea vain lyhyeksi aikaa, jotta paristot eivät kulu turhaan. Kuumentunut teräsvilla aiheuttaa helposti sormiin pienen palovamman.
Kun kytkentä on valmis, aseta kytkin on-asentoon.
Teräsvilla hehkuu ja voi syttyä palamaan. Jos teräsvilla ei hehku, pienennä teräsvillanarua (lyhennä sitä).
Hehkulampun hehkulanka hehkuu samalla tavalla kuin edellisessä kokeessa
teräsvilla. Lanka ei syty palamaan, koska lasikuvun sisällä ei ole happea.
Päivittäjä: malux-edu@helsinki.fi