Sähkön teoria -muistiinpanoja #3

 

Ohmin laki

Ohmin laki kuvaa virran, jännitteen ja resistanssin keskinäistä riippuvuutta. Sen avulla voidaan selvittää virtapiirin suureita matemattisesti. Ohmin laki auttaa myös ymmärtämään useita hyvinkin arkipäiväisiä sähkötekniikan ilmiöitä. Ohmin laki kirjoitetaan muotoon

U=RI josta saadaan johdettua seuraavat kaavat
 I=U/R
 R=U/I
(muistikolmio)

Sähkötehon kaava

Teho=P
 P=UI
 U=P/I
 I=P/U
(muistikolmio)

Sähköteho kuvaa sekunnissa kulutettua tai tuotettua energiamnäärää. Sähkötehon tunnus on P ja yksikkö on watti W. Watti on johdettu yksikkö energian yksiköstä joulesta, 1W=1J/s 

Esimerkkejä laitteiden sähkötehoista:
Auton ajovalopolttimo=55W
Auton parkkipolttimo=5W
Jarruvalopolttimo=25W
Takalasinlämmitin=200W

Tehtäviä:

1. Laske virtapiirin teho kun jännite on 12V ja virta 22,5 A.
P=?  U=12V  I=22,5A
P=U*I
P=12V*22,5A
P= 270 W

2. 1,1 kW sähkömoottori pyörii 200 A virralla, mikä on jännite?
U=?  P=1,1 kW  I=200 A
U=P/I
U=1100 W/200 A
U=5,5 V

3. Virtapiirin virta on 21 A, jännite on 12V, mikä on resistanssi?
R=?  I=21 A  U=12V
R=U/I
R=12V/21 A
R=0,571... Ω

4. Laturilta mitataan 52 A virta, latausjännite on 14,3 V, mikä on latausvirtapiirin resistanssi ja teho?
R=?  P=?  U=14,3  V I=52 A
R=U/I
R=14,3 V/52 A
R=0,275 Ω

P=U*I
P=14,3 V*52 A
P=743,6 W

5. Takalasinlämmittimen teho on 240 W, lämmittimeltä mitattu jännite on 12 V, mikä on virtapiirin resistanssi?
R=?  P=240 W  U=12 V

I=P/U
I=240 W/12 V
I=20 A

R=U/I
R=12 V/20 A
R=0,6 Ω

6. Generaattorin maksimiteho on 3kW, virtapiirin resistanssi 3 ohmia, jännite 12V, mikä on virta?
I=?  R=3 Ω  U=12 V
I=U/R
I=12 V/3 Ω
I=4 A

Virtalähteiden sarjaan- ja rinnankytkentä

Sarjankytkentä

Kun kaksi 12 voltin jännitelähdetta (akkua) on kytketty sarjaan, jännite virtapiirissä on 24 V.
Kun yhden jännitelähteen jännite on tarvittavaa pienempi, voidaan virtalähteen jännitettä lisätä kytkemällä useampia pareja tai kennoja sarjaan. Sarjaan kytkennässä liitetään virtalähteiden erimerkkiset navat toisiinsa.

Sarjaankytkennässä virtalähteen kapasiteetit eivät kertaannu. Esimerkiksi kun kytketän kaksi 65 Ah sarjaan virtalähteen kokonaiskapasiteetti pysyy 65 Ah.

Rinnankytkentä

Kuvassa on kytketty kaksi 12 voltin akkua rinnan. Siitä mitataan jännite, jännite on 12V.
Virtalähteet kytketään rinnan kytkemällä samanmerkkiset navat toisiinsa.
 Rinnankytkettäviä virtalähteitä voi olla kuinka monta tahansa, mutta niiden jännitteiden pitää olla yhtä suuret. Rinnan kytkettäessä kokonaisjännite ei muutu. Jännite pysyy muuttumattomana, mutta kuormitettavuus lisääntyy.

Rinnan kytkettäessä esimerkiksi kaksi kapasiteetiltaan 60 ampeeritunnin akkua, jännitelähteen kapasiteetiksi tulee 120 ampeerituntia.