6 Sähkö Flashcards
Paristossa tapahtuvat kemialliset reaktiot synnyttävät pariston napojen välille
jännitteen (U)
Resistanssi
sähkövirtaa vastustava ominaisuus
Sähkövirran (I) suuruus riippuu
jännitteestä (U)
Virtapiirin sähkövirta (I) riippuu
komponenteista
Kirchhoff I
Virtapiirin kuhunkin pisteeseen tulevien sähkövirtojen summa on yhtä suuri kuin siitä lähtevien sähkövirtojen summa
Virtapiirin kahden pisteen välinen jännite (U) on näiden pisteiden
potentiaalien erotus
U_ab = V_b - V_a
Kirchhoff II
Suljetussa virtapiirissä potentiaalimuutosten summa on nolla
∑∆V =0
Pariston napojen välinen jännite
napajännite (U)
Potentiaali kasvaa napajännitteen verran, kun
siirrytään pariston yli miinusnavalta plusnavalle
Kun kuljetaan virtapiirin komponentin yli sähkövirran suuntaan, potentiaali
laskee
Potentiaalin alenema
jännitehäviö
Avoimessa virtapiirissä potentiaali muuttuu
paristojen kohdalla, muttei lampuissa
Resistanssi
R= U/I (Ω)
Ohmin I laki
U = RI
Ohmin II laki
R = ρI/A
Resistiivisyys
ρ = A/l * R (Ωm)
Vastukset sarjassa
R_kok = ∑R = R₁ + R₂ + R₃ …
Jännitehäviö sarjassa
U = U₁ + U₂ + U₃
Vastukset rinnan
1 / R_kok = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ …
Virta sarjassa
I = I
Jännitehäviö rinnan kytketyissä vastuksissa
U = U
Virta rinnan kytketyissä vastuksissa
I = I₁ + I₂ + I₃
Kuormittamattoman pariston napajännite
lähdejännite (E)
Kuormituskäyrä
U = - R_sI +E
Oikosulkuvirta syntyy
jos pariston navat yhdistetään pieniresistanssisella johtimella. Tällöin paristoa kuormittaa ainoastaan pariston sisäinen resistanssi.
Kuormitettu paristo
U = E - R_s*I
Paristojen sarjaankytkennässä jännite
kasvaa
Paristojen sarjaankytkennässä paristojen yhteinen sisäinen resistanssi
on kaikkien paristojen sisäisen resistanssin summa
Paristojen rinnankytkennässä kokonaisresistanssi
pienenee
Paristojen rinnankytkennässä kokonaisjännite
on sama kuin yksittäisen pariston napajännite
E₁ = E₂ = E₃
Kun akkua ladataan,
sen positiivinen napa kytketään laturin positiiviseen napaan ja negatiivinen napa laturin negatiiviseen napaan
Laturi määrää
sähkövirran suunnan ladattavassa akussa
Ladattaessa akun napojen välisen napajännitteen suuruus on
on suurempi kuin akun lähdejännite
U = E + R_s*I > E
Akun kuormittaminen
U = E - R_s*I
U
Sähkölaitteen teho
P = UI
Joulen laki
Vastus, jonka resistanssi on R, muuntaa virtapiirissä sähkövirran välittämää energiaa lämpöenergiaksi teholla P = RI²
Vastus tuottaa lämpöenergiaa tällä teholla
Teho voidaan ilmaista myös
laitteen napojen välisen jännitteen ja resistanssin avulla
P = UI = U * U/R = U²/R
Jännitelähteen teho
P = EI
Sähkölaitteen muuntama sähköenergia
E_s = Pt = UIt
Jänniteähteen tuottama sähköenergia
E_s = Pt = EIt
E_hyöty
Q = cm∆T
Sähkövaraus aiheuttaa
sähköisen vuorovaikutuksen
Sähkövaraus
Q = ±ne
Elektronin varauksen suuruus
Q_e = 1 e
Coulombin laki
F = k* (Q₁Q₂) / r²
Permittiivisyys eli
sähkövakio ε₀
Sähkökentän varauksen suuruus
E = F/Q (N/C)
Varattu kappale synnyttää ympärilleen
sähkökentän
Sähkökentän voimakkuuden suunta
on sama kuin sähkökentässä olevaan positiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan sähköisen voiman suunta
Johdekappaleen sisällä
ei ole sähkökenttää
Sähkökentän voimakkuuden suuruus varattujen tasojen välissä
E = σ / ε₀
Tason varauskate
σ = Q /A
Tyhjiön permittiivisyys
ε₀
Sähkövirran hiukkasmalli
Sähkövirta on sähkökentän aiheuttamaa varattujen hiukkasten liikettä. Metallijohtimessa varauksen kuljettajina ovat elektronit
Johdekappaleen vapaat sähkövaraukset kertyvät
kappaleen pinnalle. Varaus kärjissä on suuri
Johdekappaleen sisällä sähkökentän voimakkuus on
nolla
Johdekappaleen ulkopinnan läheisyydessä säkökenttä on
kohtisuorassa pintaa vastaan
Johtimessa oleva sähkövirta on
I = ∆Q / ∆t ( A = C/s => C = As)
Nopeutta, jolla elektronit siirtyvät kohti jännitelähteen positiivista napaa, sanotaan
vaellusnopeudeksi
Sähkövirta metalleissa ja muissa kiinteissä johteissa
elektronien liikettä
Sähkövirta nesteissä
ionien liikettä
Sähkövirta kaasuissa
ionien liikettä
Sähkövirta tyhjiössä
elektronien liikettä
Elektrolyysissä kohtioiden välillä on
sähkövirta, joka on ionien liikettä
Sähkövirta saadaan tyhjiöputkessa aikaan
irrottamalla elektroneja negatiivisesta kohtiosta eli katodista esimerkiksi lämmittämällä katodia sähkövastuksella
Termoemissio
Kuumenevassa katodissa sidoselektroenien liike-energia kasvaa ja osa niistä irtoaa metallista
Valosähköilmiö
Katodimetallin elektronien irroittaminen säteilyn avulla
Positiivisesti varautuneen hiukkasen potentiaalienergia homogeenisessa sähkökentässä
E_p = QEx x = etäisyys potentiaalienergian nollatasosta
Sähköisesti varatun hiukkasen potentiaalienergia pienenee,
kun hiukkanen liikkuu sähkökentässä siihen vaikuttavan sähköisen voiman suuntaan
Sähkökentän potentiaali
V = E_p / Q
Homogeenisen sähkökentän potentiaali
V = Ex x = tarkastelukohdan etäisyys potentiaalin nollatasosta
Positiivisesti varattu hiukkanen liikkuu sähköisen voiman vaikutuksesta kohti
alempaa potentiaalia
Negatiivisesti varattu hiukkanen liikkuu sähköisen voiman vaikutuksesta kohti
korkeampaa potentiaalia
Pisteiden A ja B välisen jännitteen suuruus homogeenisessä sähkökentässä
U = Ed = W/Q d= pisteiden välinen matka kenttäviivojen suunnassa
Elektronivoltti
on yhtä suuri kuin työ, jonka sähköinen voima tekee, kun elektroni liikkuu pisteestä toiseen ja pisteiden välinen jännite on 1 V
Akun varaustila ja kapasiteetti
∆Q = I∆t
Akun kapasiteetti on
täysin ladatun akun varaustila
Akun varaustila ilmaisee
akusta saatavan kokonaisvarauksen
Kondensaattorin kapasitanssi
on kondensaattorille ominainen vakio, joka kuvaa kondensaattorin varautumiskykyä, toisin sanoen sitä kuinka suuri sähkövaraus kondensaattoriin latautuu tietyllä jännitteellä
Kondensaattorilaki
Q =CU (C/V = F)
Tyhjiötäytteisen levykondensaattorin kapasitanssi
C = ε₀* A/d d = levyjen välimatka
Sähkökenttä eristeessä
E_e = E_u / ε_r ε_r = suhteellinen permittiivisyys
Eristetäytteisen kondensaattorin kapasitanssi
C = ε_r C₀
Kun jännitelähteeseen kytketyn kondensaattorin rakennetta muutetaan (levyjen etäisyyttä tai väliainetta)
sen levyjen välinen jännite ei muutu, mutta varaus muuttuu
Kun kondensaattoria ei ole kytketty jännitelähteeseen kun sen rakennetta muutetaan
kondensaattorin varaus ei muutu, mutta sen jännite muuttuu
Kondensaattorien rinnankytkennässä yhteinen sähkövaraus
on yhtä suuri kuin yksittäisten kondensaattorien sähkövarausten summa
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ …
Kondensaattorien rinnankytkennässä jännite
on sama kaikkien kondensaattorien levyjen välissä
U = U
Kondensaattorien rinnankytkennässä kapasitanssi
on yksittäisten kondensaattorien kapasitanssien summa
C = C₁ + C₂ + C₃ …
Kondensaattorien sarjaankytkennässä sähkövaraus
on kaikissa kondensaattoreissa yhtä suuri
Q = Q
Kondensaattorien sarjaankytkennässä kytkennän päiden välinen jännite
on yhtä suuri kuin yksittäisten kondensaattorien levyjen välisten jännitteiden summa
U = U₁ + U₂ + U₃
Kondensaattorien sarjaankytkennässä kokonaiskapasitanssi
1 / C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃
Kondensaattorin energia
E = 1/2QU
Kondensaattorin tekemä työ
W = 1/2QU
n-tyypin puolijohteissa varauksenkuljettajia ovat
elektronit
p-tyypin puolijohteissa varauksenkuljettajia ovat
aukot
Sähkövirran suunta voi olla diodin läpi vain yhteen suuntaan
p-tyypin puolelta n-tyypin puolelle
Transistori koostuu
kolmesta kerroksesta (pnp tai npn)