El 2013 2

Elektricitet Handleplan – hvad ved vi om?

Hvornår?

Parallel-

forbindel se

Elektricitet - opkaldt efter elektronerne

Begreber Strøm

Spænding

Serie-

Modstand Jævnstrøm

forbind

Vekselstrøm

-else

Effekt

Forsøgene 1

Elektricitet 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

International Forkortelse

Fænomen

Huskeregel

Benævnelse

Forkortelse

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.

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

DC

Jævnstrøm

ensrettet

AC =

DC

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

2

Elektricitet

 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.

3

Elektricitet 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) 2) 3) 4)

Stil en elev på skamlen Læg begge hænder på kuplen – HURTIGT! Bliv stående et stykke tid 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

4

Elektricitet 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

5

Elektricitet 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.

6

Elektricitet

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.

+ -

Spændings kilde

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(!?).

7

Elektricitet 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:     

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

Strømforsyner 2 ledninger 1 pære 1 fatning 1 kontakt

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.

8

Elektricitet 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

9

Elektricitet Watt - Ampere - Volt Dette er forholdet mellem de tre fænomener:

W

att

A

V

mpere

olt

Regneeksempler: A) 6V og 6W: B) 2V og 2,5A: C) 2V og 6W:

Modstand: 0,833 Ω

Effekt: 5 W Modstand: 2V/3A = 0,66 Ω

Strøm: 6W/2V = 3A

D) 7V og 0,2A:

Modstand: 7V/0,2A = 35 Ω

E) 3,6A og 7,2W:

Spænding: 7,2W/3,6A = 2V

Modstand: 2V/3,6A = 0,555 Ω

Spænding: 5W/0,5A = 10 V

Modstand: 20

0,5A og 5W:

Effekt: 7V*0,2A = 1,4 W

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.

Forsøg nummer 3: En pæres værdier Pære

Volt

Ampere

Watt

1 2 3 4

10

Elektricitet 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?

11

Elektricitet 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 ___________ Målt

Beregnet

Strøm måles i ___________________ Målt

Beregnet

1:

2:

3:

4:

12

Elektricitet 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) _______________________________________

V

olt

2) _______________________________________ 3) _______________________________________

A

mpere

Ω

Find 4 pærer i fysiklokalet og beregn deres modstand

En pæres modstand Pære

Volt

Ampere

Watt

Ohm (Ω)

1 2 3 4

13

Elektricitet 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!

Forsøg nummer 5: Leder eller isolator?

I skal bruge:  Strømforsyner  3 ledninger  2 (gamle) krokodillenæb  1 pære  1 fatning  1 kontakt

Diagram:     

Materialeæske Petriskål Sprit Salt Demineraliseret vand

Sådan gør I: 1.

2.

3.

4.

5.

Stil et kredsløb op Prøv med de forskellige materialer, om de kan lede strømmen.

Når pæren lyser, har I fundet en leder Hvis pæren ikke lyser, har I fundet en isolator Del de forskellige materialeprøver op i de to kategorier Ledere



Kan du finde en fælles-nævner for lederne?



Hvilket stof overraskede dig?

Isolatorer

14

Elektricitet 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?

15

Elektricitet 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?

16

Elektricitet Forsøg nummer 6: Parallel- eller serieforbindelse?

Lav disse to opstillinger Tag to pærer (6V, 6W) og få dem til at lyse.

Skru den ene pære løs.

Lyser den anden pære?

Nej

Ja

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

Skru pæren fast igen og skru den anden pære løs.

Lyser den første pære?

Lyser den første pære?

Ja Du har lavet en parallelforbindelse

Nej Din opstilling er en blanding af de to – prøv igen.

Ja

Nej

Din opstilling er en blanding af de to – prøv igen.

Du har lavet en serieforbindelse

Tegn diagrammerne for de to opstillinger:

 Hvilke 2 fordele er der ved en parallelforbindelse?

1) 2) 17

Elektricitet 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 Parallelforbindelse

Serieforbindelse

A: 1 pære

B: 2 pærer

E

F: 2 pærer

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

V

V

V

A

A

A

 hedder Sigma og

A:

betyder ”sum” dvs. lagt sammen C: 3 pærer

A:

A:

D: 4 pærer

G: 3 pærer

H: 4 pærer

V

V

V

V

A

A

A

A

A:

A:

A:

18

Elektricitet  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:  Strømforsyner  Kontakt  Ledninger  En pære

Opstilling:  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  19

Elektricitet 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?

20