Elektricitet

1

Handleplan – hvad ved vi om?

Forsøgene

Elektricitet

- opkaldt efter

elektronerne

Hvornår?

Begreber

Strøm

Spænding

Modstand

Jævnstrøm

Vekselstrøm

Effekt

Parallel-

forbindelse

Serie-

forbind

-else

Elektricitet

2

1: Van der Graaf’en

2: Spændingsfaldets påvirkning på pæren

3: En pæres værdi

4: Måling af strømstyrke

5: Leder eller isolator?

6: Parallel- eller serieforbindelse?

7: Strøm og spænding i forskellige kredsløb

8: Modstandenes påvirkning

Indledning – nye betegnelser

Dette hæfte handler om elektricitet. Ved hjælp af forskellige øvelser, skal I få en fornemmelse

af, hvad strøm, spænding, modstand og effekt er.

Efterhånden som I laver øvelserne, lærer I om disse fænomener. Disse svar skal I skrive i dette

skema efterhånden, som I kender dem.

Inte

rnat

ion

al

Fork

ort

else

Fæn

om

en

Hu

sker

ege

l

Ben

ævn

else

Fork

ort

else

U Spænding Tryk Volt V

R Modstand Forhindring/pære Ohm Ω

I Strøm Elektronerne Ampere A

P Effekt Power Watt W

AC Vekselstrøm Skifter retning AC

DC Jævnstrøm ensrettet = DC

Efterhånden skal I også forklare følgende ord i denne ”ordbog”:

Elektricitet

3

Strømforsyner

Den i væggen eller et batteri Strømførende

Leder strøm - af metal. Fx en ledning Strøm

Ampere (A) - elektronerne Spænding

Volt (V) trykket Modstand

Ohmega () Ohm

Effekt

Power, Watt (W), A*V=W Serieforbindelse

Rundkreds, hvis en pærer slukker - slukker alle Parallelforbindelse

Bro-brille / BoogieWoogie - alle har fat i en anden. Hvis en pære slukker, er

de andre stadigvæk tændt

Jævnstrøm

= ensrettet strøm DC Vekselstrøm

~ vekselstrøm AC Kortslutning

Når kredsløbet er uden modstand.

Elektricitet

4

Statisk elektricitet

Alle børn har prøvet at gnide balloner mod håret. Denne form for elektricitet kaldes statisk

elektricitet. Man kan også gnide skind mod et elektriker-rør og samle papirsstumper op eller få

vand til at bøje af!

Det første forsøg er et fællesforsøg og handler om den statiske elektricitet.

Forsøg nummer 1: Van der Graaf’en

Vi skal bruge: Van der Graaf’en

Skammel af træ

Opstilling:

Sæt Van der Graaf’en i stikkontakten Stil skamlen på gulvet foran

Sådan gør vi: 1) Stil en elev på skamlen 2) Læg begge hænder på kuplen – HURTIGT! 3) Bliv stående et stykke tid 4) Ryst på hovedet – det virker bedre.

Hvad sker der?

Hvordan kan det ske?

Hvorfor får eleven ikke stød?

Vi har ikke jordforbindelse. Hvilket apparat havde højspænding derhjemme i ”gamle dage”?

Fjernsyn

Elektricitet

5

Diagramtegn

Når en elektriker trækker ledninger i et hus, laver han altid et diagram over

ledningsnettet. På den måde kan han nemmere overskue sit arbejde. Desværre

er de ikke helt nemme at læse, hvis man ikke ved, hvordan man skal læse dem.

En af grundene til, at de er svære at læse, er fordi man altid tegner ledningerne

lige, og det vil de sjældent være i virkeligheden. Det er den største ulempe ved

diagramtegningerne.

Spole: Den komponent, hvor en lang ledning er viklet rundt som en spiral. Giver systemet modstand og laver et elektromagnetisk felt inde i kernen. Kontakt/afbryder: Den komponent, der kan tilslutte strømmen. Voltmeter: Det instrument, der kan måle spændingsforskellen. Amperemeter: Det instrument, der kan måle strømstyrken.

Tegn et simpelt kredsløb her. Det skal indeholde en strømforsyner, en kontakt og en pære

Elektricitet

6

Når kontakten øverst til højre trykkes ned, kan strømmen løbe fra batteriet øverst i midten gennem elpæren nederst og tilbage til batteriet.

Fra plus til minus? Man siger, at strømmen løber fra plus til minus i et kredsløb. Og dette er også rigtigt nok. Men da elektroner er negativt ladet, betyder dette, at strømmen af elektroner faktisk løber fra minus til plus. Så strømmens retning er den modsatte af elektronernes bevægelsesretning.

Kortslutning Kortslutninger sker, når elektronerne kan løbe rundt i et elektrisk kredsløb uden modstand. Strømstyrken – kaldet kortslutningsstrømmen – bliver meget høj, og det ødelægger de forskellige komponenter i kredsløbet. Hvis man trykker kontakten ned i dette kredsløb, vil der ske en kortslutning, da elektronerne kan løbe frit fra strømkildens ene pol til den anden. Tegn med rød tusch strømmens vej i kredsløbet til højre.

Sikringer Som oftest – fx i hjemmet – har man installeret sikringer i de forskellige kredsløb. De sørger for, at kredsløbet bliver afbrudt, hvis der sker en kortslutning.

En sikring består af en tynd metaltråd, der brænder over, hvis strømstyrken bliver for høj – og derved afbrydes strømmen. En almindelig sikring kan klare 10 Ampere.

Elektricitet

7

Spændingsforskel

Det første man skal tage frem, for at lave et kredsløb er en strømforsyner.

Eller et ______batteri___________________________________

FAKTA OM SPÆNDING!

En spændingskilde laver spænding, bliver den sluttet til et kredsløb vil den dermed lave strøm i kredsløbet.

Batterier, som købes i supermarkeder, har et fast spændingsforskel.

Fx

Spænding i batterier fra købmanden er altid jævn (=).

Spænding måles i volt (V)

I fysiklokalet kan vi skrue op og ned for spændingen (fra nul til 24 V)

Spænding kan sammenlignes med det tryk som strømmen kommer med.

Når vi skruer op og ned, påvirker vi

dermed strømmængden i kredsløbet.

De to halvdele kan lave hver deres form

for strøm – jævnstrøm(=) og

vekselstrøm ( )

Marker de to former for strøm på

strømforsyneren på billedet til højre

I første omgang skal I kun bruge den halvdel, der kan lave jævnstrøm.

I spændingskilden sættes ledninger, de er halvdelen af de stik, vi har

derhjemme. De kaldes bananstik, fordi de ligner bananer(!?).

+ - Spændings

kilde

Elektricitet

8

Uden om stikket er der en isoleringskappe, så man ikke kan få stød, når man bruger stikkene. På

pærerne kan man læse hvor meget spænding, de kan tåle.

Hvor meget spænding er der i stikkontakten derhjemme?

Forsøg nummer 2: Spændingsfaldet og pæren

I skal bruge: Strømforsyner 2 ledninger 1 pære 1 fatning 1 kontakt

Opstilling: (tegn diagrammet) Opstillingen skal godkendes af Britt, inden I tænder!

Sådan gør I:

1. Stil kredsløbet op

2. Hvor mange volt kan pæren tåle?

............................................................

3. Indstil strømforsyneren på forskellige værdier op til max, så pæren ikke springer!

4. Læg mærke til, hvordan spændingsfaldet påvirker pæren

Hvad skete der med pæren, da I skruede op for spændingen?

Streg de forkerte ord over:

Vi så at pæren lyste svagere/stærkere, jo større spændingsfald vi gav den Altså ved vi nu, at mere spænding giver mere/mindre strøm.

Elektricitet

9

Strømstyrke

Ændrer man på spændingen(______________________),

vil det påvirke strømstyrken (___________________)

i kredsløbet og dermed lyset i pæren.

Strømstyrken er altså afhængig af den spændingsforskel vores spændingskilde har.

Fakta om Strømstyrke

Strøm er elektroner der bevæger sig som biler på en motorvej.

Når der ingen strøm er, holder bilerne (___________________) stille.

Strømmen løber i ledningerne og gennem apparaterne/pærerne, når kredsløbet er sluttet.

Strømmen skal bruge et spændingsfald(tryk) for at løbe rundt i kredsløbet.

Strømstyrken måles i ampere (A)

Strøm skal møde modstand i kredsløbet for ikke at brænde strømforsyneren af (kortslutte).

Jævnstrøm løber rundt i kredsløbet, som biler på vejen

Vekselstrøm skifter retning 50 gange i sekundet – det kaldes også 50 Hz (Hertz)

En ledning er lavet af __kobber_____________tråd, som er pakket ind i en plastik eller gummi.

Man siger at kobber er strømførende.

Kobber er et metal. Kobber er et grundstof – og kobberatomet er bygget op på samme måde, som alle andre atomer er.

Elektronerne bevæger sig. Når de bevæger sig samtidig i samme retning, laver de strøm.

For at lave et kredsløb skal strømmen kunne løbe rundt fra den ene pol til den anden. Indsætter man kun ledninger i kredsløbet, danner man det, der kaldes en kortslutning. I jeres kredsløb

skal I derfor indsætte en modstand.

Dette kan f.eks. være en pære eller en motor

Tegn kobberatomet og skriv atomnummeret: Cu29

Elektricitet

10

Watt - Ampere - Volt

Dette er forholdet mellem de tre fænomener:

Regneeksempler:

Hvis én af de tre værdier overskrides, vil pæren blive overbelastet og ødelagt.

Find nogle pærer i jeres fysiklokale og skriv værdierne ind i skemaet.

Regn den manglende værdi ud.

A) 6V og 6W:

B) 2V og 2,5A: Effekt: 5 W Modstand: 0,833 Ω

C) 2V og 6W: Modstand: 2V/3A = 0,66 Ω Strøm: 6W/2V = 3A

D) 7V og 0,2A: Modstand: 7V/0,2A = 35 Ω Effekt: 7V*0,2A = 1,4 W

E) 3,6A og 7,2W: Spænding: 7,2W/3,6A = 2V Modstand: 2V/3,6A = 0,555 Ω

0,5A og 5W: Spænding: 5W/0,5A = 10 V Modstand: 20

Forsøg nummer 3: En pæres værdier

Pære Volt Ampere Watt

1

2

3

4

Watt

Ampere Volt

Elektricitet

11

I skal bygge og undersøge elektriske kredsløb ud fra diagrammer

Baggrund I skal undersøge, hvad der skal til for at et kredsløb fungerer. Husk på, at for at en elektrisk komponent skal virke, skal elektronerne kunne strømme igennem den.

Forsøg 4: Virker kredsløbet?

I skal bruge:

Strømforsyning

Elpærer

Fatninger

Ledninger

Sådan gør I:

Byg kredsløbet – prøv at forudsige, hvilke

pærer der vil lyse, når kontakten trykkes ned:

1. Hvilke pærer lyser, når I trykker kontakten ned – og hvorfor? Byg kredsløbet – prøv at forudsige, hvilke pærer der vil lyse, når kontakten trykkes ned

Beskriv hvad der skal til for at strømmen kan løbe gennem en elektrisk komponent.

Hvordan skal en pære være placeret i kredsløbet for at lyse?

Hvorfor er der forskel på, hvor kraftigt pærerne lyser?

Elektricitet

12

Når man måler strømstyrke, skal amperemeteret indsættes i serie i kredsløbet. Ellers brænder det sammen. Hvad fortæller det dig om modstanden (____) i et amperemeter?

Når man skal måle spænding med et voltmeter, skal det indsættet parallelt i kredsløbet. Ellers brænder det sammen. Hvad fortæller det dig om modstanden (____) i et voltmeter?

Forsøg nummer 5: måling af strømstyrke og spænding

I skal bruge: Strømforsyner 3 ledninger 4 forskellige pærer 1 fatning 1 kontakt

Diagram: Tegn et simpelt kredsløb med en kontakt, en pære, et amperemeter og et voltmeter:

Sådan gør I: 1. Indstil spændingskilden på det antal volt, som pæren kan tåle. 2. Aflæs på amperemeteret hvor meget strøm, der løber i kredsløbet 3. Skriv dette tal ind i skemaet 4. Stil strømforsyneren på det halve af hvad pæren kan tåle 5. Aflæs hvor meget strøm, der nu løber i kredsløbet 6. Skriv dette tal ind i skemaet

Pærernes værdi

Spændingsfald måles i ___________ Strøm måles i ___________________

Målt Beregnet Målt Beregnet

1:

2:

3:

4:

Elektricitet

13

Spænding – Strøm - Modstand

Når I opstiller et kredsløb er der 3 fænomener, som påvirker kredsløbet.

Spændingen = __________________________________

Strømmængden = _______________________________

Modstanden = __________________________________

En mand ved navn Ohm fandt ud af, at disse tre fænomener også er afhængige af hinanden.

Streg det forkerte over:

Jo mere spænding – jo mere/mindre strøm

Men jo mere modstand – jo mere/mindre strøm

Til hverdag kalder vi den ligning Ohm’s lov.

Ud fra denne trekant kan vi opstille tre ligninger:

1) _______________________________________

2) _______________________________________

3) _______________________________________

Find 4 pærer i fysiklokalet og beregn deres modstand

En pæres modstand

Pære Volt Ampere Watt Ohm (Ω)

1

2

3

4

Volt

Ampere Ω

Elektricitet

14

Ledere og isolatorer. Strøm går ikke lige let igennem alle materialer. Disse gode materialer kaldes ledere, de dårlige materialer kaldes isolatorer. Men strøm kan altså gå igennem alt, hvis bare der er kraft nok – f.eks. et lyn, det kan ligefrem gå igennem luft!

Kan du finde en fælles-nævner for lederne?

Hvilket stof overraskede dig?

Forsøg nummer 5: Leder eller isolator?

I skal bruge: Diagram:

Strømforsyner 3 ledninger 2 (gamle)

krokodillenæb 1 pære 1 fatning 1 kontakt

Materialeæske Petriskål Sprit Salt Demineraliseret

vand

Sådan gør I:

1. Stil et kredsløb op 2. Prøv med de forskellige materialer, om de kan lede strømmen. 3. Når pæren lyser, har I fundet en leder 4. Hvis pæren ikke lyser, har I fundet en isolator 5. Del de forskellige materialeprøver op i de to kategorier

Ledere Isolatorer

Elektricitet

15

Modstand FAKTA OM MODSTAND:

Modstand måles i Ohm.

Vi har ikke et apparat, der kan måle modstanden, den skal altid beregnes.

Modstand findes i alle de elektriske apparater vi har.

Modstand findes også i de ledninger vi bruger.

Er modstanden uendelig stor, kan strømmen ikke løbe igennem.

Er modstanden uendelig lille kortslutter kredsløbet. Hvad kaldes de materialer, der har en stor modstand?

Hvad kaldes de materialer, der har en lille modstand?

Elektricitet

16

Parallel- og serieforbindelse Så længe man kun skal have en pære til at lyse, kan opstillingen laves på én måde. Men har man flere pærer, er der to måder at forbinde kredsløbet på: Parallelforbindelse eller serieforbindelse. Serieforbindelsen er som en rundkreds, mens parallelforbindelsen er som kædedansen: Boogie Woogie.

Skriv hvilken forbindelse diagrammet viser:

Hvilken forbindelse bruger man i vores huse?

Elektricitet

17

Tegn diagrammerne for de to opstillinger:

Hvilke 2 fordele er der ved en parallelforbindelse? 1)

2)

Forsøg nummer 6: Parallel- eller serieforbindelse?

Ja Nej

Lav disse to opstillinger

Tag to pærer (6V, 6W) og få dem til at lyse. Skru den ene pære løs. Lyser den anden pære?

Ja

Skru den første pære fast igen og skru den anden pære løs.

Lyser den første pære?

Skru pæren fast igen og skru den anden pære løs.

Lyser den første pære?

Din

opstilling er

en blanding

af de to –

prøv igen.

Du har lavet

en seriefor-

bindelse

Du har lavet

en parallel-

forbindelse

Din

opstilling er

en blanding

af de to –

prøv igen.

Nej

Nej

Ja

Elektricitet

18

Mængden af strøm og spænding er ikke ens i de to opstillinger, vi har kigget på.

Sammenlign spændingen og strømmen i de to typer af forbindelser og skriv resultaterne i

skemaet.

Forsøg nummer 7: Strømmængden og spændingsfaldet i de to kredsløb

Pære:6V/6W Spænding: 6V

Serieforbindelse

Parallelforbindelse

A: 1 pære B: 2 pærer E

Kan man lave en parallel-forbindelse med kun en pære?

F: 2 pærer

V V V

A A A

hedder Sigma og betyder ”sum” dvs. lagt sammen

A: A:

C: 3 pærer D: 4 pærer G: 3 pærer H: 4 pærer

V V V V

A A A A

A: A: A: A:

Elektricitet

19

Nu har I eksperimenteret med forskellen på spænding og strøm i de to typer af kredsløb. Forklar hvad I har opdaget.

Fordelen ved en serieforbindelse, kan umiddelbart være svær at se. Men man laver dem trods

alt. En af grundene, som de fleste af jer sandsynligvis kender, kan ses på juletræskæderne. Det

er selvfølgelig en ulempe, at hele ens kæde går ud, hvis en pære springer, men på den anden

side, kan man undgå transformatoren, der nødvendigvis skal sidde i en parallelforbundet kæde.

Forsøg nummer 8: Modstandenes påvirkning

I skal bruge: Opstilling:

Strømforsyner

Kontakt

Ledninger

En pære

Fatning

Amperemeter

Voltmeter

Modstande

Sådan gør I:

1) Stil kredsløbet op

2) Hvor meget spænding kan pæren tåle? ..................................

3) Indstil strømforsyneren på maksimum

4) Sæt en modstand ind i kredsløbet om mål strømmængden

5) Prøv med de forskellige modstande og skriv resultaterne i skemaet

Spænding målt i………….… Strøm målt i…………… Modstand målt i……………

Når I sætter eksperimenterne i system, vil I opdage, at målingerne af strømmen, spændingsfaldet og modstanden hænger sammen. Forsøg at beskrive hvordan de tre fænomener hænger sammen ved at lave trekanten igen UDEN AT KIGGE

Elektricitet

20

21 spørgsmål til professoren:

1) Hvorfor skal man stå på en skammel, når man rører ved en Van der Graff? 2) Hvorfor kan man tåle at få alt det spænding igennem sig, når man rører en Van der Graff? 3) Er der modstand i en pære? 4) Er der modstand i en ledning? 5) Er der modstand i et voltmeter? 6) Er der modstand i et amperemeter? 7) Hvordan skal et amperemeter forbindes? 8) Hvordan skal et voltmeter forbindes? 9) Er der spændingsfald i en ledning? 10) Er der strøm i en ledning? 11) Hvad handler Ohms lov om? 12) Er sprit strømførende? 13) Hvorfor? 14) Er saltvand strømførende? 15) Hvorfor? 16) Hvordan kan man se på Det Periodiske System, om et stof er strømførende? 17) Hvorfor får fugle ikke stød, når de sidder på en ledning? 18) Lyser en pære hvis den har en meget stor indre modstand? 19) Lyser en pære hvis den har en meget lille indre modstand? 20) Hvad ændrer man på, når man skruer ned for lyset?

21) Hvis en serieforbundet kæde er lavet af 12V-pærer, og den er lavet til en almindelig stikkontakt. Hvor mange pærer sidder der så cirka i kæden?