25 Shkvaraus O Atomin rakenne on shkisesti neutraali

25. Sähkövaraus O Atomin rakenne on sähköisesti neutraali. O Hangatessa kappaleita, elektroneja siirtyy toiseen kappaleeseen kappaleet saavat erimerkkiset varaukset. O Samanmerkkiset varaukset hylkivät, erimerkkiset varaukset vetävät puoleensa O Huom! Muista, että voimanuolet ovat aina yhtä suuret O Polarisaatiossa varattu kappale aiheuttaa neutraalin kappaleen ”sähkövarauksen järjestäytymisen”, esim. ilmapallo seinässä.

26. Jännite aiheuttaa sähkövirran O Kahden kappaleen välistä varauseroa kutsutaan O O jännitteeksi (U, yks. voltti, 1 V) Kaikki erot pyrkivät luonnossa tasoittumaan (lämpötila-, paine-, varauserot) Varauseron tasoittuessa elektronit siirtyvät negatiivisesta navasta positiiviseen. Tätä elektronien yhdensuuntaista liikettä kutsutaan sähkövirraksi. Sähkövirta liikkuu parhaiten metalleissa (hyvä johdin), huonosti esim. muovissa (huono johdin, hyvä eriste) Kasvaessaan tarpeeksi suureksi varausero voi purkautua myös ilman johdinta, esim. salama.

27. Jännitteen ja sähkövirran mittaaminen O Virtamittari mittaa piirissä kulkevaa virtaa kytketään siis aina sarjaan. O Virtamittarin vastus pitää olla mahdollisimman pieni, jotta mittari vaikuttaa mahdollisimman vähän virran kulkuun. O Jännitemittari mittaa laitteen yli tapahtuvaa jännitehäviötä kytketään rinnan.

28. Lamppu vastustaa sähkövirtaa O Kappaleen kykyä vastustaa sähkövirran kulkua sanotaan resistanssiksi (tunnus R, yksikkö ohmi, 1 Ω) O johteilla pieni O eristeillä suuri O Johteen resistanssi on sitä suurempi, mitä O pidempi O ohuempi johdin on

28. Lamppu vastustaa sähkövirtaa O

28. Lamppu vastustaa sähkövirtaa O

29. Sähköenergia siirtyy virtapiirissä O Sähköenergia on yksi energian olomuoto, joka muuttuu sähkölaitteissa muihin muotoihin, esim. valoksi, ääneksi, liikkeeksi, lämmöksi. O Sähköteho (P, eng. power) kertoo yo. muuntumisnopeuden, yksikkö watti, 1 W O Sähköteho on suoraan verrannollinen jännitteeseen ja sähkövirtaan, P = UI. Katso esim. 1. s. 197 O Laitteen käyttämä energia riippuu laitteen tehosta ja tietysti käyttöajasta eli E = Pt

29. Sähköenergia siirtyy virtapiirissä O

31. Kompassin neula on kestomagneetti O Magneetin kohtioita kutsutaan pohjois- ja O O eteläkohtioiksi. Pohjois- ja eteläkohtioita ei voida koskaan erottaa toisistaan (alkeismagneetti) Erinimiset kohtiot vetävät toisiaan puoleensa, samannimiset hylkivät. Kompassin neula näyttää kohti maapallon magneettikentän eteläkohtiota, joka sijaitsee lähellä maantieteellistä pohjoisnapaa. Maapallon magneettikentän suuntaa muuttuu hitaasti ajan saatossa.

31. Kompassin neula on kestomagneetti O Magneetti ei tartu kaikkiin kappaleisiin eikä edes kaikkiin metalleihin, vaan ainoastaan kappaleisiin, jotka ovat valmistettu raudasta, koboltista tai nikkelistä (ns. ferromagneetteja). O Esim. rautanaula voidaan magnetisoida sivelemällä sitä toisella magneetilla yhdensuuntaisin vedoin. Tällöin alkeismagneetit järjestäytyvät yhdensuuntaisiksi.

32. Sähkömagneetin voimakkuutta O Sähkövirta aiheuttaa ympärilleen magneettikentän (muista kompassi ja sähköjohto-työ) O Käämi: paljon sähköjohtoa kieputettu kierroksiksi. O Käämin jokainen silmukka vahvistaa magneettikenttää sähkömagneetti

32. Sähkömagneetin voimakkuutta voidaan muuttaa O Sähkömagneetin voimakkuutta voidaan kasvattaa lisäämällä 1. 2. 3. Käämin kierroksia Jännitettä (virtaa) Rautasydän o Sähkömagneetin etuja verrattuna kestomagneettiin o Voimakkuutta voidaan säätää o Magneettisuus voidaan helposti poistaa (virta pois) o Saadaan voimakkaampia magneetteja o Sovelluksia: romunosturit, sähkömoottori, mikrofonit, kaiuttimet jne.

33. Generaattori muuntaa liike -energiaa sähköenergiaksi O Sähkövirtaa on ollut tietysti aina, mutta mullistavaa oli, kun sähkövirta saatiin hallintaan (vertaa ukkonen) O Miten tuuli, vedenvirtaus tai ydinvoimasta vapautuva lämpö saadaan muutettua sähkövirraksi? Vastaus: Sähkömagneettinen induktio

33. Generaattori muuntaa liike-energiaa sähköenergiaksi O Sähkömagneettinen induktio: muuttuva magneettikenttä indusoi lähettyvillä olevaan johtimeen sähkövirran (Michael Faraday v. 1831). O Tällaisia laitteita kutsutaan generaattoreiksi (esim. polkupyörän dynamo, veivattava kännykkälaturi, tietysti voimalaitosten isot generaattorit) O Indusoituvan sähkövirran suuruutta voidaan kasvattaa lisäämällä 1. 2. 3. 4. Käämin kierroksia Magneetin liikuttelunopeutta Magneetin voimakkuutta Rautasydän o Muita sovelluksia: induktioliesi, sähköhammasharjan lataaminen o Eli puhuttaessa tuuli-, ydin-, vesivoimasta jne. , kyse on vain siitä mikä yo. energialähteistä käämiä pyörittää.

34. Kodin virtapiirit ovat osa Suomen sähköverkkoa O Muuntaja muuntaa jännitettä pienemmäksi tai suuremmaksi. Muutos tehdään kahden toisiinsa kytketyn käämin avulla (käämin kierrosten lukumäärän suhde ratkaisee, ks. Seuraava dia) O Sähköenergia pysyy samana: jos jännite kasvaa, niin virta pienenee ja toisin päin (eli UI=vakio) O Useimmat laitteet sisältävät muuntajan, joka pienentää jännitettä (esim 230 V 12 V). O Sähköenergia siirretään korkeajännitteisenä (pieni virta vähemmän lämpöhukkaa)

Käämiin tulee vaihtovirtaa, joka indusoi muuttuvan mg-kentän. Muuttuva mg-kenttää välittyy rautasydäntä pitkin toisiokäämiin, jossa muuttuva mg -kenttä indusoi vaihtojännitteen (virran). Vasemmalla puolen on enemmän kierroksia kuin oikealla jännite pienenee. Muuntajan muuntosuhde on

35. Sähköenergiaa tuotetaan voimalaitoksissa O Sähköntuottaminen perustuu aina sm- induktioon (generaattori) O Eri energialähteissä on siis kysymys siitä, että ”kuka” pyörittää käämiä magneettien välissä (paitsi aurinkoenergia, joka perustuu valosähköiseen ilmiöön) O Uusiutuvat (tuuli, vesi, biomassa, aurinkoenergia) O Uusiutumattomat (fossiiliset polttoaineet, ydinenergia)

36. Sähköenergian säästäminen kannattaa O Laitteissa sähköenergia muuttuu liikkeeksi (pesukone), valoksi, lämmöksi ja ääneksi (TV, tietokone) O Suuria sähkönkuluttajia ovat mm. lämmitys (sähkö), kylmäkoneet, sauna ja lämmin vesi O Kodinkoneiden kulutus ja hinta O Säästää voidaan mm. välttämällä turhaa kulutusta (suihkussa hengailu, tietokoneen sammuttaminen jne) ja valitsemalla ekologisia lämmitysjärjestelmiä (maalämpö, ilmalämpöpumppu jne). O Huomaa sähköntuotannon ympäristövaikutukset: hiilidioksidipäästöt (polttoaineet), ympäristön muokkaaminen (vesi- ja tuulivoima)

37. Kaikki havaittava on ainetta tai säteilyä O Kaikki materiaali koostuu atomeista O Protonit ja neutronit voidaan jakaa vielä pienempiin osiin, alkeishiukkasiin (elektroni on alkeishiukkanen) O Neljä perusvuorovaikutusta 1. Gravitaatio (massat vetävät toisiaan puoleensa) 2. Sähkömagneettinen (sähköilmiöt, atomin koossa pysyminen) 3. Vahva vuorovaikutus (pitää ytimen kasassa huolimatta protonien sähköisestä hylkimisvoimasta) 4. Heikko vuorovaikutus (aiheuttaa raskaiden atomiydinten hajoamisen) o Sähkömagneettisen säteilyn käyttö (kuva s. 251)

38. Atomin ydin voi olla radioaktiivinen O Isotooppi: saman alkuaineen atomeilla eri määrä O O O neutroneja (eli eri massaluku), esim. Massaluku = protonit + neutronit Puoliintumisaika: Puolet radioaktiivisen isotoopin ytimistä hajonnut toisiksi ytimiksi (vaihtelee sekunneista miljardeihin vuosiin) Ydinsäteily voi olla joko hiukkassäteilyä (heliumydin tai elektroni) tai sähkömagneettista säteilyä Ionisoiva säteily irrottaa atomista elektroneja ioni (aineen kemialliset ominaisuudet muuttuvat) terveysvaikutukset Aktiivisuus ilmaisee sekunnissa tapahtuvien hajoamistenn määrän, yksikkö on becquerel ( 1 Bq)

39. Ydinreaktioissa vapautuu energiaa O Fuusio: kaksi kevyempää ydintä yhdistyy raskaammaksi (tähdissä) O Fissio: Raskas ydin hajoaa kevyemmiksi ytimiksi O Käytetään ydinvoimaloissa O Polttoaineena uraani O Vapautuu neutroneita ja runsaasti energiaa O Vapautuva lämpö johdetaan kohti kylmempää ilmaa liike generaattori sähköä O Ongelmana ydinjäte (ei muuta saastetta) ja turvallisuusriskit O Molemmat ydinreaktiot ovat ketjureaktioita O Tulevaisuudessa tavoitellaan fuusioreaktoreita (haasteena sadan miljoonan asteen lämpötila)

40. Ionisoivan säteilyn vaikutus elolliseen luontoon O Ionisoiva säteily muuttaa aineen kemiallisia ominaisuuksia voi aiheuttaa solumuunnoksia esim. syöpäriski kasvaa O Ioni = varauksellinen hiukkanen (esim. atomi luovuttaa tai vastaanottaa elektronin) O Käytetään myös hyväksi esim. välineiden sterilisointi, syövän hoito, radioaktiivisia isotooppeja merkkiaineena O Kehon sisälle joutuessaan ionisoiva säteily on erittäin vaarallista O Esim. ruuan tai hengitysilman mukana

41. Aurinkokunta O Aurinkokunta: Aurinko (tähti) ja sitä kiertävät planeetat O Kiertoradat ovat hieman litistyneen soikeita O ’”Tuikkimattomat tähdet” ovat planeettoja O Näkyvät, koska heijastavat Auringon valoa (kuten myös Kuu) O Maa on 150 milj. km Auringosta = 1 AU (valolta vie 8 min O O 20 s) Valovuosi on matka, jonka valo kulkee yhdessä vuodessa (v= 300 000 km/s) Maan kaltaiset planeetat ovat neljä ensimmäistä Auringosta lukien, eli Merkurius, Venus, Maa ja Mars. Maan ilmakehä tasaa vuorokauden vaihtelusta johtuvat lämpötilan vaihtelut elämän edellytys Pyrstötähti eli komeetta: Aurinkoa kiertävä jäästä ja kivestä koostuva massatiivistymä

42. Maailmankaikkeus on suuri ja vanha O Galaksi on tähtikeskittymä, meidän galaksimme on O O nimeltään Linnunrata (Milky Way) Linnunradan halkaisija on 100 000 valovuotta Linnunradassa on arvioitu oleva satoja miljardeja tähtiä Galaksit muodostavat vielä galaksijoukkoja Tähdet syntyvät ja kuolevat O Syntymä: Vetypilvi tiivistyy O Lämpötila nousee ja ydinreaktio (fuusio ) käynnistyy (n. 4 milj. astetta) O Fuusioituvat alkuaineet loppuvat tähti paisuu punaiseksi jättiläiseksi kevyet tähdet luhistuvat valkoisiksi kääpiöiksi ja raskaat tähdet räjähtävät supernovana O Supernovaräjähdyksissä syntyy rautaa raskaammat alkuaineet

42. Maailmankaikkeus on suuri ja vanha O Alkuräjähdys tapahtui tarkalleen 13, 72 miljardia vuotta sitten O Alle sekunnin ikäisessä maailmakaikkeudessa oli pelkkää säteilyä O Johtuen maailmankaikkeuden nopeasta jäähtymisestä säteilystä muodostui hiukkasia O Sekunnin ikäisessä maailmankaikkeudessa olivat kaikkia protonit, neutronit ja elektronit muodostuneet O Maailmankaikkeus laajenee jatkuvasti kiihtyvällä tahdilla