Ellra och magnetism

Ellra och magnetismAtomen Fr att frst elektriska fenomen behver vi veta vad en atom bestr av.En atom bestr av en krna och runt den rr sig elektroner. Kraften som hller kvar elektronerna kallas elektrisk laddning. Elektronerna r negativt laddade och krnan r positivt laddad. Laddningar av olika slag dras till varandra och laddningar av lika slag stter bort varandra.

Statisk elektricitetElektroner kan sitta olika hrt i olika mnen. Om man gnider tv saker mot varandra kan elektroner hoppa ver frn den ena saken till den andra.Den som fr fr mnga elektroner blir negativt laddad och den med fr f positivt laddad.Detta kallas statisk elektricitet.Det r samma sak nr det sprakar nr man tar av sig en tex trja. Gnistorna beror p elektroner som hoppar ver mellan de olika materialen.

skaskblixtar beror p statisk elektricitet.Elektriska laddningar i ett skmoln uppkommer nr kraftiga vindar genom gnidning pverkar molnen.Det vi ser som skblixtar r elektroner som gr mellan molnen och marken fr att jmna ut skillnaden i elektrisk laddning.skblixten tar alltid kortaste vgen.Du r oskyddad mitt p ett flt men skyddad i en bil. Ofta finns det skledare p hga byggnader som kyrktorn.

StrmkllaEn elektrisk strm r elektroner som vandrar fr att utjmna en laddningsskillnadVill man ha en lngvarig strm behvs ett batteriI ett batteri r det kemiska reaktioner som skapar en laddningsskillnadVid minuspolen r det verskott p elektroner och vid pluspolen r det ett underskott p elektronerNr man kopplar en ledning mellan de bda polerna rr sig elektronerna frn minus till plusDet mste vara en sluten krets fr att tex f en lampa att lysa med hjlp av ett batteri

StrmDet finns tv vanliga mtt fr elektricitet och det r strm och spnningStrmmen = hur mnga elektroner som passerar per sekundEnhet fr strm r ampere, AEnheten fr strm r uppkallad efter Andre Marie Ampre (1775 1836) som var forskare och lrare

SpnningSpnning r det om driver elektronerna i ledningenEnheten fr spnning r volt, VSpnningen bestmmer hur stor strmmen kan bliMaterialet har ocks en viktig betydelseAlessandro Volta (1745 1827) uppfann det frsta elektriska batteriet och drfr r enheten fr spnning volt

Elektriska ledareElektrisk ledare r material som leder elektrisk strm, t.ex. metaller r bra ledareIsolator r ett mne som inte leder elektrisk strm, t.ex. plast, gummi och porslinHalvledare r material som leder strm lite grann. Dessa material r mycket viktiga i tillverkningen av elektriska komponenter som finns i t.ex. datorer, minirknare och mobiltelefoner

Resistans - MotstndResistans r ett mtt p hur mycket strmmen i en ledare bromsasResistans mts i enheten Ohm Resistansens storlek beror p vad ledaren r gjord av och hur den ser ut (tjocklek och lngd)Olika metaller r olika bra p att leda strmmen, koppar och silver r bra ledare = har lg resistansHg resistans utnyttjas i en gldlampa, tunn gldtrd som blir varm och brjar glda d det gr strm igenom

Rkna med resistans Ohms lagTyske fysikern Georg Ohm (1798-1854) upptckte att det finns ett samband mellan spnning (U), resistans (R) och strm (I) Enhet fr resistans r Ohm Ohms lag Dessa tre samband uttrycker samma sak

Ex. 1 med Ohms lagHur stor spnning behvs fr att ge en strm p 0,25 A genom en lampa med resistansen 960 ?R= 960 I= 0,25 AU= ? Svar: spnningen genom lampan mste vara 240 V.

Ex. 2 med Ohms lagHur stor blir strmmen genom ett motstnd p 100 som kopplas till ett 1,5 V-batteri?R= 100 U= 1,5 VI= ?Svar: Strmmen genom motstndet blir 15 mA.

Ex. 3 med Ohms lagHur stor r resistansen i en krets dr strmmen r 1,2 A och spnningen 24 V?

I= 1,2 A U= 24 VR=? Svar: Resistansen i kretsen r 20 .

Kopplingsscheman - Symboler

Strmklla (batteri)

Gldlampa

Amperemeter

Voltmeter

HgtalareVxelstrm

Resistor

Strmbrytare

Ledare14Seriekoppling

Lamporna sitter p rad, samma strm gr genom alla lampornaGr en lampa snder bryts kretsen och bda lamporna slocknarLamporna delar p spnningen s de kommer att lysa svagare n om bara en av lamporna var kopplad till samma batteriLamporna i en julgransbelysning r oftast seriekoppladeParallellkoppling

Lamporna r parallellkopplade s att strmmen kan ta olika vgarGr en lampa snder kommer den andra fortstta lysa med samma styrkaLamporna delar p strmmen men spnningen genom vardera lampa kommer att vara lika stor som om bara en lampa var koppla till samma batteri

Lamporna och vgguttagen i ett hem r parallell-koppladeKortslutningI en elektrisk krets dr det inte finns ngon resistans sger man att det r kortslutningBild 1: Sluten krets, lampan lyser eftersom strmmen gr genom lampanBild 2: Kretsen r kortsluten, strmmen tar enklaste vgen frbi lampan. Lampan lyser inte och batteriet tar snabbt slutKortslutning kan orsaka brandfara d ledningarna kan bli mycket varma

1

2Magnetism lite historiaRedan de gamla grekerna knde till magneter. Ordet magnetism kommer frn den gamla grekiska staden Magnesia dr man hittade en jrnmalm som var magnetisk, magnetitr 1200 e.Kr brjade man anvnda magnetit som kompassnlar fr att hitta rtt ute p havetr 1820 upptcker Dansken Hans Christian rsted (1777-1851) att elektrisk strm ger upphov till magnetism

MagnetismMagnetism skapas av elektroner i rrelseI de flesta mnen tar magnetflten ut varandra och mnet blir omagnetisktI ngra mnen kan (jrn, kobolt och nickel) magnetflten samverka och mnet blir d magnetiskt

Magneter har tv polerMagneter har tv poler, nordpol (rd) och sydpol (vit)Tv likadana poler stter bort varandra (repellerar)Tv olika poler dras mot varandra (attraherar)Om man delar en magnet mitt itu fr man tv nya magneter med varsin nord- och sydpol

Tillflliga magneterEn vanlig jrnbit r inte magnetisk, det beror p att magnetflten ligger huller om bullerNr jrnbiten kommer i nrheten av en magnet vnder sig magnetflten t samma hll och blir d en tillfllig magnetOm sedan magnet tas frn jrnbiten upphr jrnbiten att vara magnetisk

Permanenta magneterI en permanent magnet blandar man kol med jrn fr att f jrnatomerna att ligga kvar med polerna t samma hll.Drar man en magnet ver en stlbit lgger sig jrnatomerna med polerna t samma hll, d har man skapat en permanent magnet

MagnetfltRunt en magnet finns ett magnetfltJu ttare fltlinjerna ligger desto starkare r magnetfltetMagnetflt r riktade frn nordpol till sydpol

Jordens magnetfltHela jorden r som en stor magnet, det r drfr vi kan anvnda kompasser fr att orientera ossJordens magnetflt skapas av elektriska strmmar i jordens krnaRiktningen p jordens magnetflt sammanfaller inte helt med jordaxeln, drfr visar kompassen lite fel (missvisning)

ElektromagnetismEn elektromagnet bestr av en spole, jrnkrna och strm.Den fungerar bara s lnge man har strmmen pslagen.Spolen r ofta koppartrd som r lindat flera varv.Jrnkrnan kan vara en jrnstav, spik osv.Fler varv p spolen eller starkare strm gr elektromagneten starkare.

Exempel p elektromagneterLyftar p skrotenInbromsningen p fritt fallRingklockorRelSvvande tgHgtalare

ElmotornI en elmotor omvandlas elektrisk energi till rrelseenergi genom att utnyttja magnetismen.I en elmotor finns det en elektromagnet samt permanent magneter. Nr elektromagneten roterar gr den det pga. syd mot syd gillas inte s d roterar den ett halvt varv men d byter strmmen riktning och den vill rotera ett halvt varv till. Exempel p elmotorer r hrtorkar, borrmaskiner, flkten i datorn dvs. allt som rr sig med elektricitet.

Elektrisk energiVi fr strm genom att omvandla energi frn solen, vattenkraft, krnkraft osv. Fr att f veta hur mycket energi en elektrisk apparat frbrukar mste man veta vilken effekt den har samt hur lng tid den anvnts.Effekt r hur mycket energi som omvandlas p 1 sek och enheten r watt, W. Effekt = spnning x strmEx. Lampor har olika effekt, 3W, 40W, 60W, osv.Vilken lampa lyser starkast om man jmfr en 25W och en 60W gldlampa?

Som enhet fr elektrisk energi anvnds kilowattimmar, kWh

En 40W lampa som anvnts i 1h har frbrukat 40W x 1h= 40 Wh (energin)

En tvttmaskin som har en effekt p 2000W och som anvnds i 2h har frbrukat: 2000W x 2h= 4000Wh = 4kWh (energin)

Idag kostar 1 kWh ca 1kr om man bor i lgenhet och i villa ca 90 re

Energi=effekt x tidInduktionInduktionsspnning uppkommer nr magnetfltet i en spole ndras eller nr en ledare frflyttas s att den skr fltlinjerna i ett magnetflt. Ju snabbare det sker, desto strre blir den inducerade spnningen.

GeneratornEn generator r en maskin som omvandlar rrelseenergi till elektrisk energi. Den bygger p induktion och ger drfr vxelstrm. Alla elkraftverk producerar elektricitet med hjlp av generatorer, t.ex. vattenkraftverk, krnkraftverk, vindkraftverk och koleldade kraftverk.

Likstrm och vxelstrmLikstrm Strmmen gr hela tiden i samma riktning. Man sger att strmmen gr frn pluspol till minuspol p ett batteri. Om man kopplar upp en strmkrets med ett batteri och sedan vnder batteriet kommer strmmen att ndra riktning.

Symbol fr likstrm

Vxelstrm Strmmen ndrar riktning hela tiden. Strmmen vi fr frn vgguttagen i vra hem r vxelstrm. En vanlig generator ger vxelstrm.

Symbol fr vxelstrm

TransformatornEn transformator bestr av tv spolar och en jrnkrna. Den har till uppgift att snka eller hja spnningen. En transformator fungerar bara med vxelstrm!Transformator kallas ibland fr ntadapter eller AC-adapter.Antal varv p spolarna bestmmer hur spnningen ndras. Om sekundrspolen har fler varv n primrspolen transformerar man upp spnningen.Om sekundrspolen har frre varv n primrspolen transformerar man ner spnningen.

PrimrspoleStrm inSekundrspoleStrm utJrnkrnaRkneex. transformatornEx 1.Primrspole: 600 varv Sekundrspole: 1200 varv Spnning in: 12 VSpnning ut: ?

Spnningen transformeras till 122 = 24V

Exempel transformatornEx 2. Primrspole: 1000 varv Sekundrspole: 250 varvSpnning in: 220 V Spnning ut: ?

Spnningen transformeras till

El kan vara farligtFr man strm genom kroppen omvandlas den till vrme och man kan f brnnskador. Hjrtat styrs av elektriska signaler och det kan stoppas av strmmen.Om man kopplar fr mnga apparater till eluttagen kan strmmen bli fr stor och det kan brjar brinna.Det frhindras med skringar. De lses ut nr strmmen blir fr stark. D bryts strmmen.

Jordade uttagEn krets kan bli sluten genom att strmmen gr genom jord. Drfr r det extra farligt med elektriska apparater utomhus eller i rum dr det finns vatten.Apparater som anvnds p sdana stllen mste ha skyddsjordning. D gr det en extra ledning frn apparatens hlje till jord och en skring gr. Vi fr inte strm i oss.

Symbol fr skyddsjordningjordfelsbrytare37ElmrkningCE gemensam fr alla EU-lnder, betyder att tillverkaren intygar att produkten uppfyller vissa skerhetskrav.S SEMKO har kontrollerat skerheten hos produkten s att dan uppfyller alla skerhetskrav. Apparaten har extra isolering, s att den fr anvndas bde i jordade och ojordade kontakter.Vxelstrm 220-240 VLikstrm 12 V

220-240 V ~12 V =Semko, ursprungligen Svenska Elektriska Materielkontrollanstalten grundades 1925 och tillhr idag Intertek Semko AB.38Sveriges elproduktion 2010

Kondenskraftverk r en typ av vrmekraftverk som enbart producerar elektricitet och inte tar tillvara p spillvrme. Krnkraftverk r med f undantag av denna typ.

39

EldistributionEldistribution r verfring av el till hushll.Hgspnningsledningar anvnds fr att transportera el ver lnga strckor. Spnningen i elntet varierar mellan 400 V-400 000 V.I vanliga vgguttag r spnningen r 230 V.

ElanvndningElektricitet r en frskvara som inte kan lagras. I samma stund som el anvnds mste samma mngd el produceras i t.ex. ett kraftverk.Man brukar sga att elektrisk och mekanisk energi r energi av hg kvalit, dvs. kan omvandlas till andra energislag med sm frlusterElektricitet anvnds bland annat fr uppvrmning, kylning, belysning och motorer.

Elanvndningen i samhllet 2010

Energianvndning hushllsel

Klla: energimyndigheten