titano fysik

25

ElektricitetKommentarer till faktaboken TitaNOfysik

Elektricitet

Fundera(sid. 17)

Diskutera• Vadärdetegentligensomhändernärvitryckerpåströmbrytaren?

Detkanvarasvårtförelevernaattinseattelektronernafinnsiledningenhelatiden.Närvitryckerpåströmbrytarenfårvikontaktsåattspänningenkanpressaframelektronernailedningen.(Iblandkallasströmbrytarejust”kontakt”.)Mankanbehövapåpekaattelektronernaintekommerfrånkraftverketutanrörsigframochtillbakailedningennågoncentimeterperminuteftersomviharväxelspänninginätet.

Batteriet (sid. 19)Kapitletinledsmedbatterieteftersomdetärsåvälbekantförelevernaochgerunderlagförendiskussionsomallakandeltai.Mankanocksåväljaattstartamedstatiskelektricitetochdärmeddenhistoriskautvecklingenavbegreppetelektricitet.

Demonstration (spänning)

Citronbatteriet är en klassiker. Visa att citronen är hel. Tryck ner ett zinkbleck och ett kopparbleck i citronen. Anslut blecken till en amperemeter med mätområde 1-0-1 mA.Pola om.

Storviktbörläggaspåinförandetavdetsvårabegreppetspänning.Rödabatterietsid.19:Batterierilivräddningsflottarharspänningen5,3V.Deger8Ah.Kontrollavalltskerengångomåret.Brevbärarensgulaelbilhar6st12Vbatterier.Deladdasvarjenatt.Mycketforskningkringbatterierpågår.Intressetföratthittasättattlagraenergiärstort.Önskanärattbilägareskakunnaladdaelbilensbatteripånattennärdetintebehövssåmycketeltillannat.

Demonstration (sluten strömkrets)

Ett elektriskt pussel kan tillverkas av papp. Till varje pussel skärs två pappskivor 14 x 7 cm2. I den ena görs 8 hål med hålslag. Några hål förbinds med aluminiumfolie på olika sätt. En hel baksida limmas på. Hjälpmedel vid undersökning: Glödlampa i hållare, batteri, 3 sladdar.

Elavfall

Närdetgällerelavfallärenliteuddadetaljattdetfinnsskorsommåsteelskrotas.Detgällersåkalladesjälvlysandebarnskor.Påbruksanvisningentillskornaskadetfinnasenöverkorsadsoptunna.

Exempel på insida.

Framsida

26 Elektricitet

Elektricitet Kommentarer till faktaboken TitaNO fysik

Statisk elektricitet (sid. 22)

Demonstrationer 1 Skaff a en stor plexiglasskiva. Gnugga denna mot en elevs hår och lyft sakta.

2 En tunn vattenstråle avböjs om man närmar en laddad stav.

3 En laddad stav kan få en tom toapappersrulle att rulla.

4 Demonstrera bandgeneratorn med

a en papperstofs som spretar.

b en trave små pajformar av aluminium som lyfter en och en.

c Faradays bur med en yttre och en inre fl ädermärgskula.

d Man kan också demonstrera föremåls ledningsförmåga genom att visa att papperstofsen ”slokar” om laddning leds bort. Föremålen kan hållas i en absolut torr provrörsklämma mellan kupolen och kulan.

ÅskaVid vilken tidpunkt som helst rasar 1 800 åskväder på Jorden. Två åskväder av tre härjar i tropikerna, i vissa trakter nästan dagligen. På våra breddgrader åskar det 10-20 dagar per år. Norr om polcirkeln är åskväder ytterst sällsynta.

Inne i ett åskmoln skickas luft en uppåt med en fart som kan närma sig 100 km/h. Eft er -hand bildas iskristaller överst. Generellt blir toppen av molnet positivt laddad och den nedre delen är negativ. När spänningsskillnaden är alltför stor kommer urladdningen. En vanlig blixt börjar med att molnet börjar bygga upp en blixtkanal genom stegvisa urladdningar. Detta kallas förurladdning. När den närmar sig marken startar mötande urladdningar från höga punkter på marken. Eft er en hundradels sekund är det klart och så slår en blixt upp från marken till molnet. Den varar bara några miljondelars sekund. Mullret uppstår när den enorma uppvärmningen får luft en att utvidgas våldsamt. Blixtar kan också utlösas inne i molnet. Forskningen om åska fortsätter. Vi förstår ännu inte allt.

Elsäkerhet (sid. 27)Elsäkerhetsverkets föreskrift er ges ut i Elsäkerhetsverkets författningssamling, ELSÄK-FS som går att beställa.

CE står för Communauté Européenne. Genom CE-märket intygar tillverkaren eller importören att produkten uppfyller alla grundläggande hälso- och säkerhetskrav. Utan märkningen får produkterna inte säljas.

Sedan CE-märkning infördes inom EU har tillverkare av elprodukter hela ansvaret för att produkten uppfyller de europeiska säkerhetsreglerna. Många tillverkande företag har inte egna testlaboratorier utan vänder sig därför oft a till professionella provningsorgan. För att visa vilket provningsorgan som hjälpt till med kontrollen, kan tillverkaren frivilligt ange detta på produkten.

Några vanliga provningsorgans märken:

SEMKO NEMKO DEMKO FIMKOSverige Norge Danmark Finland

27


Elektricitet

Motstånd mot strömmen (sid. 31)Begreppet resistans behandlas i baskursen i kapitlet Elektronik.

Supraledning (sid. 32)Maglev (magnetic levitation transport) är en teknologi som utnyttjar elektromagnetism för transport. Termen maglev används också om själva tåget.

En första högtemperatur-supralednings-maglev med människor ombord testades 31 december 2000 i Chengdu, Kina. Systemet baseras på principen att en supraledare kan hållas svävande ovanför en permanentmagnet. Som kylmedel användes fl ytande kväve (kokpunkt – 196 °C).

Maglev-tåget på bilden går mellan Shanghais internationella fl ygplats, Pudong, och stan. I detta fi nns inte supraledare utan det är elektromagneter som får tåget att sväva liksom det är elektromagneter som drar det framåt.

Diskutera• I samband med supraledning kan man diskutera grundforskningens värde trots att man för

tillfället inte har någon praktisk eller teknisk tillämpning.

El under 200 år (sid. 33)Tv-sändningar startade i Sverige offi ciellt 4 september 1956.

Diskutera• Vårt sårbara elsamhälle (Vad kan du inte göra när det blir strömlöst?)

Historik

600 f. Kr. Th ales från Miletos, Grekland, kände till att bärnsten eft er gnidning kunde dra till sig lätta föremål såsom dun och agnar. Bärnstenen blev ”besjälad”.

1500-talEn ny period av naturvetenskapens historia inleddes i och med att man började göra experi-ment. Sir William Gilbert av Colchester (1540–1603), fysiker och Elisabet I:s livmedikus, sam-manfattade 18 års studier i De magnete. ”Det fi nns intet i denna bok som icke har blivit under-sökt och gång på gång blivit utfört under våra ögon.” Han ber var och en att upprepa experimenten på egen hand, ”omsorgsfullt, praktiskt, skickligt, men inte tanklöst och klumpigt”.Han undersökte många olika ämnen och fann att diamant, safi r, bergkristall, svavel, harts, glas m.m., liksom bärnsten, attraherade lätta föremål. Han kallade detta ”den elektriska kraft en”. Däremot hade inte metaller denna egenskap.

1600-talOtto v. Guericke (1602–1686), borgmästare i Magdeburg, upptäckte att ett fj un också kan stötas bort av ett laddat föremål och antog att det fi nns två sorters elektricitet. Han uppfann den första elektricitetsmaskinen, en svavelkula som kunde sättas på ett stativ och vevas runt.

1700-talStephan Gray (1666–1736), engelsk fysiker, påvisade att elektricitet kunde ledas genom ett hampsnöre och att människan var en ledare av elektricitet. Benjamin Franklin (1706–90), amerikansk fysiker och politiker, visade att det mycket väl kunde räcka som förklaring att det fanns ett enda ”elektricitetsämne”. Han införde helt godtyckligt positiv och negativ elektricitet. Det positiva hade fått elektricitet och det negativa hade förlorat elektricitet.

28 Elektricitet


Franklin gjorde 1749 det spektakulära experimentet med en pappersdrake som i ett hampsnöre skickades upp till ett åskmoln. (Fysikern Richman i S:t Petersburg dog när han gjorde ett liknande experiment.)

1800-talForskningen fi ck en ny inriktning i och med uppfi nnandet av batteriet och därmed möjlig-heten att få en elektrisk ström i en ledning. Galvanis och Voltas experiment orsakade också mycket oro. Vad skulle hända om man kunde ”väcka livsgnistan” med en elektrisk urladd-ning? Man kan jämföra med vår nutida debatt om stamcellsforskning.

År 1818 utkom Mary Wollstonecraft Shelley med Frankenstein, or the Modern Prometheus.Den har fi lmats minst fem gånger, bl.a. med Boris Karloff i huvudrollen. Boken var ett inlägg i debatten. Mary Shelley deltog en gång i ett samtal om livsprincipens natur. Kanske kunde ett lik återuppväckas, galvanismen hade antytt något sådant. När natten föll tog Marys fantasi fart:

”Jag såg – med slutna ögon, men intensiv mental skärpa – den bleke yngling som studerade de oheliga konsterna, på knä invid detta ting han satt samman. Jag såg, som en fasansfull vålnad, en man ligga utsträckt; och hur han sedan vid ingångsättandet av någon mäktig maskin visade tecken på liv och rörde sig ovant, liksom blott till häft en levande. Skräckinjagande måste det vara, ty varje mänsklig strävan att imitera Skaparens häpnadsväckande mekanism vore skräckinjagande.”

1897J. J. Th ompson, engelsk fysiker upptäcker elektronen. Man experimenterade alltså med elektrisk ström i hundra år innan man visste vad det var som strömmade.

Diskutera• Vår rädsla och förundran inför ny teknik.

29


Elektricitet

Svar till Tänk ut-frågor i faktaboken

Sid. 21 2.9 Hur kan man göra om man bara har 1,5 V batterier hemma och behöver 6 V? Man kan seriekoppla 4 st 1,5 V batterier.

2.10 Hur är de här batterierna kopplade? Seriekopplade. Spänningen är 3 V.

2.11 Batteriet nedan är ett 12 V batteri. Var fi nns ett sådant? I bilen.

Sid. 26 2.21 Varför är plast ett bra material för strömbrytarknappen? Plast isolerar.

2.22 Är lamporna i ditt rum parallell- eller seriekopplade? De är parallellkopplade. Om en lampa går sönder lyser de andra ändå.

2.23 Hur är bilstrålkastarna koppade? De är parallellkopplade. Det skulle vara livsfarligt om båda slocknade.

2.24 Hur är lamporna i julljusstaken kopplade? De är seriekopplade.

Sid. 30 2.28 Vilka orsaker till kortslutning kan du komma på? Ledningarna i en sladd kommer i kontakt genom skada på isoleringen eller t.ex. en

spik genom sladden. Vatten tränger in i en elektrisk apparat.

2.29 Vad tror du att denna symbol på en elektrisk apparat kan betyda? Apparaten är droppskyddad. Den tål alltså lite fukt.

2.30 Vad betyder det att en apparat är märkt med en överkryssad soptunna? Apparaten måste lämnas till återvinning när den är förbrukad.

Läs merSid. 32 2.33 Vad skulle du kunna tänka dig att forska fram som drar nytta av supraledning? Supraledning vid lite högre temperatur skulle kunna ge oss billigare sätt att trans-

portera el i ledningar till industrier t.ex.

30 Elektricitet

Elektricitet Kommentarer till arbetshäftet TitaNO fysik

Avsnitt Laboration Undersök Uppdrag Övrigt

Ett starkt men stilla fl öde

Batteriet 1 1, 2, 3

Statisk elektricitet

1 2

Spänning och ström

3

Elektriska kopplingar

4 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11

uppgift 1uppgift 2

Elsäkerhet 2 (gemensam),3

Läs mer

Motstånd mot strömmen

4, 5 Kalkyl

Supraledning

El under 200 år

Undersök 1 — BatterietOm eleverna själva tar sönder batterier kan det bli väldigt smutsigt. Gamla tidningar som un-derlag på golv och bänk rekommenderas. Annars kan man samla delar i plastpåsar för under-sökning. En bågfi l ger en fi n snittyta om en cell ska delas.

Uppdrag 3 — Få lampan att lysa starkt!Om man föredrar att ha batterierna i batterihållare behövs fem sladdar. Man kan dock ange sex för att inte ge någon ledtråd till seriekoppling.

Laboration 1 — LaddningDenna laboration kan också göras på klassiskt vis med ebonit- och plexiglasstavar. Det är inte helt enkelt att få det att fungera, så ett alternativ är att man gör detta som en demonstration. Man kan lägga stavarna en stund under värmelampa så att de är torra när de ska användas.

• Gnid ebonitstavarna med ylleduk.• Lägg en av dem i hållaren så att den kan svänga fritt.• Närma den andra långsamt och försiktigt.• Gnid glasstavarna med konstfi berduk.• Gör på samma sätt.• Närma en ebonitstav och en glasstav till varandra.

Laboration 2 — Leder människan ström?Laborationen är avsedd att göras gemensamt under lärarens överinseende. Om varje elev antecknar sitt värde på tavlan vid båda tillfällena kan man få ett underlag för diskussion. Amperemetern har inte behandlats tidigare.

31


Elektricitet

Diskutera

• Varför leder vi olika (olika torr hud)? I vilka lokaler kan det vara extra farligt att handskas med elektriska apparater?

• Kan man tänka sig att detta kan vara användbart i en lögndetektor?

Uppdrag 10 — Kraftledning

Diskutera

• Kan fl era hus koppla in sig på samma kraft ledningsnät utan problem. Testa!• Hur går det med batteriet? Kraft verket?• Hur går det om en stor fågel kommer fl ygande och råkar röra vid båda ledningarna

samtidigt med vingarna?

Laboration 3 — ProppsäkringenMan kan påpeka att säkringarna sitter i ett särskilt skåp. Fotklämman med kromnickeltråden ska alltså inte stå på bottenplattan. (Det är risk för kortslutning där, om fotklämmorna kommer i kontakt med varandra.)

Undersök 4 — Hur fungerar en trappkoppling?Om man inte är utrustad med tillräckligt många tvåvägsomkopplare kan man göra ett arrangemang med t.ex. långa spik och bara låta sladdarna ligga utsträckta på bänken.

Laboration 5 — Släpper ett motstånd fram mer ström än två?Amperemetern har inte använts tidigare.

FacitUppgift 1, Serie- och parallellkoppling av lampor

1 Seriekoppling: A, D, F, G, I Parallellkoppling: B, C, E, H

2 a L1 b L3 c L1

FacitUppgift 2, Logiska kretsar

1S 1 S 2 L

0 0 0

1 0 0

0 1 0

1 1 1

3S 1 S 2 S 3 L

0 0 0 0

1 0 0 1

1 1 0 1

1 1 1 1

0 1 1 1

0 0 1 0

1 0 1 1

0 1 0 0

2S 1 S 2 L

0 0 0

1 0 1

0 1 1

1 1 1

4S 1 S 2 S 3 L

0 0 0 0

1 0 0 0

1 1 0 1

1 1 1 1

0 1 1 1

0 0 1 0

1 0 1 0

0 1 0 0

32 Elektricitet


FacitKalkyl

1 0,4 A

2 Från vänster: 0,3 A, 0,3 A, 0,6 A

3 Det är inte samma sorts lampor. (Resistansen i lampa L1 är dubbelt så stor som i lampa L2.)

4 L3: 0,3 A L4: 0,4 A L5: 0,7 A

FacitKorsord

Å S K A

O

P

P

A

R

L A S T

T

O

M

K

Ä

R

N

A

V O L T

V O L T A

S P Ä N I N G

A

M

A

G

A

L

A

I

S

R

Ö

M

B

R

Y

T

A

R

E

E L E K T O N

K O R S L U T N I N G

33


Elektricitet

FacitSant eller falskt? Sant Falskt 1 Galvani gjorde det första batteriet. 2 Atomen består av en kärna och elektroner. 3 Enheten för spänning förkortas 1 W. 4 När det går elektrisk ström är det atomerna som strömmar. 5 Man kan aldrig seriekoppla mer än två batterier. 6 När man parallellkopplar batterier varar de längre. 7 När man parallellkopplar batterier blir spänningen högre. 8 Lågenergi-lampor räknas inte till miljöfarligt avfall. 9 När saker blir laddade är det elektronerna som fl yttas. 10 Atomkärnan har plusladdning. 11 Att alla kyrkor bör ha åskledare beror på att de har stengolv. 12 Alla metaller utom koppar är goda ledare av elektrisk ström. 13 Strömriktningen i en ledning är samma som

elektronriktningen. 14 Spänningen i vägguttagen är 230 V. 15 En kortsluten lampa lyser inte. 16 Om man skruvar ur en av tre seriekopplade lampor slocknar de övriga. 17 När det går elektrisk ström i en ledning blir den alltid varm. 18 Det fi nns olika proppsäkringar som tål olika mycket ström. 19 Enhet för strömstyrka är 1 ampere. 20 Jordfelsbrytare fi nns bara i gamla hus. 21 Jordledaren är alltid blågul. 22 Apparater som används utomhus behöver inte

vara skyddsjordade.

Läs mer

23 Det är wolframtråden i en glödlampa som lyser. 24 Motstånd mot elektrisk ström är detsamma som resistans. 25 Enhet för resistans är 1 ohm som förkortas 1 O. 26 Strömmen i en ledning ökar om man har ett motstånd. 27 Supraledning inträff ar vid höga temperaturer. 28 På 1800-talet fanns el bara i hemmen. 29 Tv:n kom under första världskriget eft ersom alla ville

följa krigshändelserna. 30 El-användningen minskar eft ersom vi har apparater

som kräver mindre el.

titano fysik

Documents