År 8 Elektromagnetism

Teorilektioner:

Lektion 1: Vi pratar om magneter och hur de fungerar, vilka material som är magnetiska. Vi repeterar elektricitet, vad det består av. Atomens uppbyggnad och hur periodiska systemet är uppbyggt.
Att elektricitet är elektroner och att hastigheten/trycket av dem kallas spänning och mäts i Volt (V) och att antalet elektroner kallas ström och har enheten Ampere (A).
Vi pratar om olika kopplingssymboler och vad som menas med en sluten strömkrets. Vad som gör att en glödlampa lyser och vad en ledare resp. isolator är för någonting.

Lektion 2: Vi pratar vidare om vad som krävs för att en krets ska vara sluten och tittar på hur spänningen fördelar sig över lamporna i en serie resp. parallellkoppling. Hur påverkas batteriernas styrka om du seriekopplar dem resp. parallellkopplar dem? Hur mycket spänning krävs för att man ska få en lampa som är gjord för en viss spänning ska lysa starkare resp. svagare? Vi tittar på en gammal uppgift från ett nationellt prov i fysik.
Vi repeterar hur man skriver en labrapport, vilka rubriker som ska vara med.

Lektion 3: Hur beter sig en ledare när det befinner sig i ett magnetfält? Magnetfält och elektricitet påverkar varandra. Om man placerar en ledare i ett magnetfält påverkas den av en kraft. På så sätt kan man bevisa att det runt ledare bildas ett magnetfält där riktningen på magnetfältet är beroende på åt vilket håll strömmen är riktad.
Om man då kan bilda ett magnetfält genom att låta ström gå genom en ledare kanske man kan få ström genom att låta ett magnetfält påverka en ledare? Visst går det. Det kallas för induktionström, man kan inducera en spänning i en ledare genom att röra en magnet i närheten. Man brukar linda fler ledningstrådar så man bildar en spole och om man rör en magnet så magnetens flödeslinjer korsar ledningarna så induceras en spänning. Kruxet är att man måste fortsätta att röra magneten för om man håller den stilla så påverkar man inte ledningarna.
Detta används tex när man får ström från en dynamometer eller en generator, då är det rörelseenergi som man kan få av tex vingarna i ett vindkraftverk som roterar en magnet som sitter i en spole, på så sätt får man ut en spänning som vi kan använda som elektrisk energi i tex våra hus.

Lektion 4: Transformator, hur den fungerar och varför den behövs. Den spänning vi har i våra hus är ju 230 V. Skulle vi koppla lite känsligare apparater till den spänningen, tex mobiler och datorer så skulle vi bränna kretsarna i elektroniken. Så då behöver vi kunna transformera upp eller ner spänningen till den styrka vi vill ha. Vi behöver också kunna transportera ström över stora avstånd och då kan det vara dumt att skicka iväg för många elektroner i ledningarna då många elektroner gör att det blir trångt och blir det trångt så blir det varmt och finns risk för att ledningar bränns av eller börjar brinna. Så en upptransformering av spänningen är av intresse så elektronerna får en högre hastighet men att det inte är så många elektroner i ledningarna. Strömmen minskar och spänningen ökar.
Vad behövs då för att göra detta? Jo, två spolar med olika antal varv och en u-järnkärna med ok. Den spolen som är kopplad till strömkällan kallas primärspole (första spole, jfr premier league), den andra som är kopplad till tex mobilen kallas sekundärspole. Om man kopplar in en spole med 600 varv som primärspole och en med 300 varv som sekundärspole så får vi en nedtransformering av spänningen, om spänningen i primärspolen är 300 V så blir spänningen i sekundärspolen 150 V. Hälften så mycket spänning eftersom antal varv på spolen är hälften så många.
Om vi istället kopplar 300-varvsspolen till strömkällan och 600-varvsspolen till mobilen får vi en upptransformering. De 300 V vi skickade in i primärspolen på 300 varv blir när det kommer ut från 600 varvsspolen 600 V. En upptransformering med dubbelt så många varv ger dubbelt så hög spänning.

När vi kommer till hur stor spänning en apparat är avsedd för och hur mycket ström som går genom apparaten pratar man om effekt, effekten mäts i Watt. Som du förstår så kräver en dammsugare som är på 4000 W mer ström än en som är på 1000W. Man skriver ofta effekt som kW istället för W. 1 kW=1000 W precis som 1 kg=1000 g.
Energin som en apparat förbrukar mäts i kWh. En kWh är den energin som apparaten drar under en timme.
För att kunna räkna ut hur mycket en apparat kostar att använda så behöver man veta hur många kW/W apparaten är på, man behöver veta under hur lång tid man använder apparaten och så behöver man veta hur mycket en kWh kostar hos den elleverantör man har.
Ex: Om jag dammsuger mitt hus med min dammsugare som är på 4 kW och det tar 3 timmar så har dammsugaren gjort åt energin 4x3= 12 kWh. Om jag räknar med att 1 kWh kostar 1,70 kr så kommer dammsugningen att kosta mig 12x1,70=20,4 kr.

Länk till beräkningar transformator och effekt.

Länk till quzz om el och magnetism

Laborationer:

Laboration 1: Magneter och hur de förhåller sig till varandra och andra material.

Laboration 2: Parallell och seriekopplingar.

Laboration 3: Länk till instruktionen Att göra en elektromagnet

Laboration 4: Länk till instruktionen Att göra en ringklocka

Laboration 5: Länk till instruktionen Att göra en elektrisk motor

Demonstrationslaborationer:

Demo 1: Ledare i magnetfält. Att induktionsspänning bildas i spole när man rör en magnet i den.


Demo 2: Hur en transformator fungerar vid olika primär och sekundärspolar. Hur strömmen och spänningen påverkas vid väldigt stora skillnader i antal varv på spolen.

Sammanfattning el och magnetism.

Ett sätt att navigera är att använda sig av magneter. Magneter har en nord och en syd-ände. Nordänden brukar färgas röd och den ställer sig alltid mot norr. Runt en magnet finns ett magnetfält som påverkar föremål som är magnetiska, bla järn.

En kompassnål ställer sig alltid mot norr pga att jorden i sig är en stor magnet. Jordens magnetiska sydpol befinner sig vid nordpolen.

Om man lägger två sydändar på två magneter mot varandra kommer de att repellera varandra (stöta ifrån), om man däremot närmar en syd mot en nordände kommer de att attrahera (dras emot) varandra.

Man kan magnetisera ett föremål av järn genom att stryka med en permanentmagnet upprepade gånger längs med föremålet åt samma håll.

Elektricitet består av elektroner. Elektroner är små negativt laddade partiklar som i normala fall befinner sig i banor runt kärnan i en atom.

Elektricitet kan delas upp i två delar;

ström som mäts i Ampere och mäter hur många elektroner som finns och

spänning som mäts i Volt och mäter hastigheten hos elektroner.

När det är mycket ström, dvs många elektroner, så kan de inte ha så hög hastighet (det blir trångt och då blir det varmt i ledningarna så de kan börja glöda) så då blir spänningen låg och tvärtom, när det är få elektroner kan de ha en högre hastighet, låg strömstyrka men hög spänning.

Om man vill ändra spänningen så att den blir högre eller lägre använder man sig av en transformator. Tex en mobil tål inte 230 V som vi har i våra eluttag så då måste man transformera ner spänningen till 12 V via en transformator. I högspännings- ledningar, som ska transportera el långa sträckor, vill man ha hög spänning så då har man en transformatorstation som transformerar upp spänningen till tex 20 000 V.

Vi har två olika sorters el: växelström, den som vi har i vägguttagen, den ändrar riktning hela tiden och likström, den som finns i batterier, där går elektronerna från minus till plus hela tiden, åt samma håll.

När man ritar ett kopplingschema så gör man enkla bilder av det som ingår.

     Lampa

   

   Strömbrytare

                  

Batteri, den längre tvärställda linjen är plus och den mindre är minus.

Ledare kallas material som leder ström. Alla metaller är ledare.

Isolatorer kallas material som inte leder ström. Ex på isolatorer är plast, gummi, trä, tyg, glas mm.

Om man kopplar lampor som till höger kallas det seriekoppling. Om en lampa går sönder i den kopplingen slocknar de andra också.

Man använder parallellkoppling tex i julgransbelysning.

Om man kopplar som nästa bild kallas det parallellkoppling och den har fördelen att det är bara den lampa som går sönder som slocknar, de andra fortsätter lysa. Denna koppling används i alla hus mm.

För att en lampa ska kunna lysa måste strömmen kunna gå från ena polen till den andra utan att det blir ett avbrott på ledningen. Kretsen måste vara sluten.

Det som händer när en lampa lyser är att strömmen gå in i sockeln på lampan och upp till glödtråden. Glödtråden är tunnare än övriga ledare i lampan och kommer att bli varm och börja glöda då alla elektroner ska igenom. För att inte den ska brinna upp när den blir varm har man tagit bort syret i lampan. För att det ska bli en sluten krets måste

strömmen sedan gå ut på en annan del av sockeln,

annars kortsluter man batteriet. (Dvs strömmen går

direkt från plus till minus utan att gå igeom tex en lampa).

Om ström går genom en ledare så bildas ett magnetfält runt ledaren. (Ledare = sladd). Om man lindar ledaren runt en järnkärna och släpper på ström får man en elektromagnet. Om strömmen slås av så är den inte magnetisk längre. Ju fler varv man lindar och ju större ström man har desto starkare magnet får man.

Eftersom det bildas ett magnetfält runt varje ledare runt järnkärnan så mångfaldigas magnetfältet med antal varv. Magnetfälten har lättare att gå genom järn än genom luft så järnkärnan hjälper också till att förstärka magnetfältet.

Elektromagneter används bla på bilskrotar, det är praktiskt med en magnet som man kan bestämma när den ska vara av och på.

Om man kan få ett magnetfält av ström så kanske man kan få ström av magnetfält? Det fungerar faktiskt. Om ett magnetfält rör sig i närheten av en ledare får man något som kallas induktionsström. Nyckelorden är rör sig, för det räcker inte med att hålla en magnet still i en spole utan den måste röra sig. I en generator (något som kan generera/ge ström) tex har man en magnet, som snurrar i en spole, detta räcker för att spolen ska ge växelström. Växelström blir det eftersom magneten hela tiden roterar och nord och sydände hela tiden byter plats, då ändrar strömmen riktning hela tiden.

Vill du läsa mer i boken så är det sid 97-101 som gäller, fram till elektriska motorer. Om du vill träna ännu mer så finns instuderingsuppgifter på sid 106 och framåt. De uppgifter som bäst passar till det vi gått igenom är: 112-117, 121-124, 126, 128, 131, 134.