Elektroteknikk 2000 : grunnkurs mekaniske fag 8200425355 [PDF]

Zitiervorschau

Svein Olaf Michelsen, Bo Johnsson, Johnny Frid, Lennart Kordel, Jorgen Johnsson

Elektroteknikk 2000 Faktabok

Grunnkurs mekaniske fag

Bokmål

Universitetsforlaget AS

© Universitetsforlaget AS 1998 1. utgave, 2, opplag 1999

ISBN 82-00-42535-5

Bo Johnsson Elkunskap 2000 Likstrdm 1-fas vdxelstrdm. Faktabok © 1995 Bo Johnsson och Liber Utbildning AB Bo Johnsson Elkunskap 2000 Vdxelstrdm 3-fas. Faktabok © 1996 Bo Johnsson och Liber Utbildning AB Bo Johnsson, Johnny Frid Elkunskap 2000 Elsdkerhet. Faktabok © 1997 Bo Johnsson, Johnny Frid och Liber Utbildning AB

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med Kopinor, Interesseorgan for rettig­ hetshavere til åndsverk.

Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i april 1998 til bruk i videregående skole på studieretning for mekaniske fag, grunnkurs mekaniske fag, i faget elektroteknikk med elektriske styringer (modulene 5 og 6). Godkjenningen er knyttet til fastsatt læreplan av oktober 1993 og gjelder så lenge læreplanen er gyldig.

Odd Hammertoft har oversatt de svenske bøkene til norsk. Svenske utgaver er utgitt av Liber Utbildning AB i 1995, 1996 og 1997. Henvendelser om denne boka kan rettes til: Universitetsforlaget AS Postboks 2959 Tøyen 0608 OSLO Internettadresse: http://www.scup.no

Illustrasjoner: Rickard Ax/Didacta, Bjørn Picard, PED TEC AS Bildeleverandører: ESO, Wojtek Fabianowski, Husqvarna AB, Immediate Productions/Jeffery Richt, Bo Johnsson. Martin Kristiansson, Bo Ståhl, Sydkraft AB. TerraMare Bild, ABB. PIAB AB, Provector, Svein Olaf Michelsen: side 78, 166, 169, 170, 173, 204. 224, 228, 231, 238, 239, Fluke, Sauda III, Telemecanique AS Sats: Bjørn Picard. PED TEC AS

Omslag: Tor Berglie Trykk: PDC Tangen as, Aurskog

Forord Elektroteknikk. Faktabok inngår i en læremiddelpakke som består av

Elektroteknikk 2000. Faktabok. Grunnkurs mekaniske fag Elektroteknikk 2000. Måleøvinger. Grunnkurs mekaniske fag Elektroteknikk 2000. Oppgaver. Grunnkurs mekaniske fag Læremidlet er tilpasset læreplanen for grunnkurs mekaniske fag. Stoffet i faktaboka er nært knyttet til oppgavene i oppgaveboka og de praktiske måleøvingene i måleøvingsboka.

Faktaboka og oppgaveboka er godt egnet for selvstudier, mens måleøvingene krever tilgang til instrumenter og annet utstyr. For å få et best mulig utbytte av undervisningen i elektroteknikk er det nødvendig med praktiske målinger på elektriske kompo­ nenter og utstyr. Sentrale ord og begreper er oversatt til engelsk og samlet i en ordliste bak i boka. Helse og miljø er flettet inn i fagstoffet der det er naturlig.

Vi håper at læremidlet skal gi innsikt i faget og skape interesse for videre studier. Rud i januar 1998 Svein O. Michelsen

Innhold Elektrisitet i hverdagen

9

I Elektrisitetslære

10 Allerede de gamle grekerne............................. 11

Bohrs atommodell......................................... 12

Slik skaper vi spenning.................................... 13 Elektrodynamikk - ladninger i bevegelse.... 14

Effektutviklingen i en seriekrets................ 54 Sammendrag..................................................... 55

Kontrollspørsmål.............................................. 55

6 Elektrisk potensial

56 Konklusjon.................................................... 59

Kontrollspørsmål.............................................. 60

El sikkerhet......................................................... 16

7 Parallellkopling

Behandling av skadd person....................... 17

62 Strømmen ved parallellkopling...................... 63

Dersom ulykken er ute..................................... 18

Erstatningsresistor........................................... 65

Sammendrag..................................................... 20

Sammensatte kretser........................................ 67

Kontrollspørsmål.............................................. 20

Kontrollspørsmål.............................................. 70

2 Likestrøm

8 Ledere og isolatorer

Ulykker ved lavspenning og høyspenning 16

Ohms lov........................................................... 25

72 Ledere................................................................ 73 Resistansforandring i en leder....................74

Størrelser og enheter........................................ 26

Temperaturavhengigheten........................... 76

Måling av elektriske størrelser....................... 27

Halvledere......................................................... 77

Analogt multimeter...................................... 28

Isolatorer............................................................78

Spenningsmåling.......................................... 29

Kontrollspørsmål..............................................29

22 Fra pluss til minus............................................23

Strømmåling................................................. 30

9 Batterier

Resistansmåling............................................31

80 Akkumulatoren................................................. 81

Sammendrag..................................................... 32

Blyakkumulatoren........................................ 81

Kontrollspørsmål.............................................. 32

Nikkel-kadmiumakkumulatoren................ 82

3 Effekt

34 Elektrisk strøm og vann som strømmer .... 35

Nikkel-metallhybridbatteriet ....................... 83

Tørrbatteriet - primærbatteriet....................84

Måling av effekt............................................38

Polspenning (klemmespenning)..................... 85

Kontrollspørsmål.............................................. 39

Ems og polspenning..................................... 85

4 Resistoren

40 Lineære resistorer............................................ 41

Seriekopling og parallellkopling av enkeltceller................................................... 86

Trådviklede resistorer.................................. 41

Seriekopling av celler.................................. 86 Parallellkopling av celler............................ 86

Sjiktresistoren...............................................42

Beregning av den indre resistansen

Fargekode...................................................... 43 Merking av resistorer................................... 43

i en celle........................................................ 87

Feilsymptomer..............................................45

Energi - arbeid.................................................. 88 Kontrollspørsmål.............................................. 89

Kontrollspørsmål.............................................. 46

10 Statisk elektrisitet

5 Seriekopling

48 Seriekopling av resistorer............................... 50

Kirchhoffs lover........................................... 50 Den totale resistansen i en seriekrets....... 53

4

90 Gnidningselektrisitet........................................ 91 Influens..............................................................92

Kontrollspørsmål.............................................. 93

I1 Kondensatoren 94 Kondensatorens oppbygning.......................... 95

16 Belastninger 138 Resistoren - resistiv belastning.................... 139

Kondensatorens funksjon............................... 95 Kondensatorens kapasitans............................. 97 Kapasitansmåler........................................... 98 Opplading av kondensatoren.......................... 99 Utlading av kondensatoren........................... 101

Viserdiagram............................................... 140

RC-ledd som forsinkelsesledd.................. 103 Upolariserte og polariserte kondensatorer.. 104 Plastfoliekondensatoren.............................104 Identifisering og merking......................... 105 Elektrolyttkondensatoren.......................... 105

Praktiske tips............................................... 106 Merking........................................................107

Aktiv effekt................................................. 140

Ohms og Kirchhoffs lover.........................140

Kondensatoren - kapasitivbelastning......... 141 Viserdiagram............................................... 142 Reaktiv effekt.............................................. 142

Ohms lov - reaktans.................................. 142 Spolen - induktiv belastning........................ 144 Viserdiagram............................................... 144

Effekt........................................................... 145 Spolens reaktans.........................................145

Feilsymptomer............................................ 107

Praktisk spole.............................................. 146 Spenningstrekanten.................................... 148

Kontrollspørsmål............................................ 107

Resistanstrekanten..................................... 149

/ 2 Magnetisme

Effekttrekanten............................................ 149 Effektfaktoren.............................................150

108 Magnetisme - elektroner i bevegelse......... 109 Strømførende leder......................................... 112

Høyrehåndsregelen.................................... 113 Spolen.......................................................... 113

Elektronrotasjon.......................................... 115

Magnetmodell................................................. 116 Hysterese......................................................... 117

Jordas magnetfelt........................................ 118 Kontrollspørsmål............................................ 119

13 Induksjon 120 Elektromotorisk spenning - ems.................. 121 Induktans.........................................................122 Kontrollspørsmål............................................ 123

Resistor og kondensatori serie................ 151 Resistor, kondensator ogspole i serie...... 152 Resonansfrekvens...................................... 153 Kompleks krets........................................... 154 Parallellkopling........................................... 154 Fasekompensering..................................... 157 Kondensatoren............................................ 158

Regulering av effekt med regulerings-

bryter................................................................ 159 Feilsøking................................................... 161 Sammendrag................................................... 163

Kontrollspørsmål............................................ 165

17 Elektriske maskiner

/ 4 Vekselstrøm

124 Sinusformet vekselspenning......................... 125

Generering av vekselspenning.................. 126 Noen begreper............................................. 127 Effektivverdi............................................... 128 Viseren......................................................... 129

Kontrollspørsmål............................................ 130

15 Oscilloskopet

132 Oppbygning.................................................... 134 Kontrollspørsmål............................................ 137

166 Motorprinsippet.............................................. 167 Likestrømsmotorer.........................................168 Grunnprinsipper..........................................168 Statoren....................................................... 169

Rotoren....................................................... 170 Shuntmotoren ................................................. 171 Seriemotoren................................................... 172 Motindusert ems........................................ 173 Veksel strømsmotoren................................. 174

Generatoren.................................................... 175 Transformatoren............................................. 176 Praktisk transformator............................... 177

5

Skilletransformatoren.................................... 177

Kontrollspørsmål............................................178

Resistor....................................................... 216 Resistor og spole........................................ 216 Trefase og viserdiagram............................... 217

18 Måleteknikk

180 Analoge multimetre....................................... 181

Trefase og effekt............................................ 217

Oppbygning................................................ 182 Spenningsmåling........................................ 182

Trefasekompensering................................ 220 Sammendrag................................................... 221

Ohm per volt-tallet..................................... 183

Kontrollspørsmål........................................... 221

Fasekompensering......................................... 218

Strømmåling............................................... 184 Resistansmåling ......................................... 185

Feilkilder......................................................... 186 Feilkilder ved spenningsmåling................186 Feilkilder ved strømmåling....................... 187 Indirekte strømmåling............................... 188

Elektroniske multimetre................................188

Elektronisk voltmeter.................................189 Elektronisk amperemeter.......................... 189 Elektronisk resistansmeter........................ 190 Feilkilder..................................................... 190

Kontrollspørsmål........................................... 191

2 I Elektriske trefasemaskiner

222 Transformatoren............................................ 223

Praktisk transformator.............................. 224 Strømtransformering................................. 227

Impediv belastning.....................................227

Effektuttak.................................................. 228 Trefasetransformatoren................................. 229 Trefaseeffekter............................................... 231 Roterende maskiner....................................... 232

Synkronmotoren........................................ 232 Asynkronmotoren......................................235

Hastighetsregulering................................. 236

/ 9 En fase- og trefaseveKselspenning

Mekaniske og elektroniske brytere.............. 236

192 Enfase.............................................................. 193

Mekaniske brytere......................................... 237

Noen begreper............................................ 194

Stoppbryteren ............................................. 238

Trefase............................................................. 195

Nødstoppbryteren...................................... 238

Effektivverdi...................................................200

Bryter med varig kontaktgiver................. 239

Hovedspenning.............................................. 200

Endebryter...................................................239

Symmetrisk belastning................................. 202

Y-kopling....................................................202

Elektroniske brytere....................................... 239 Følere, givere og sensorer......................... 239

D-kopling....................................................203

Kontrollspørsmål........................................... 243

Startbryteren.............................................. 238

D-koplet spenningskilde........................... 204

22 Lover og forskrifter

Y/D-kopling............................................... 207

244 Innledning....................................................... 245

Y/D-vender................................................ 208

Krav til motoranlegg......................................247

Sammendrag...................................................209 Kontrollspørsmål........................................... 209

Kapslingsgrader ......................................... 247

Usymmetrisk belastning............................... 205

Sikkerhetstiltak.......................................... 248 Jording........................................................ 248

20 Fase forskyvning

210 Seriekopling.................................................... 211

Nettsystemer.............................................. 248 Kabel- og ledningsdimensjonering.........248

Resistiv belastning..................................... 211

Sikkerhetsforskriftene (SL).......................... 249

Kapasitiv belastning................................... 211 Induktiv belastning....................................212

Direktiver........................................................ 250

Belastningstrekanten................................. 213

EMC-direktivet.......................................... 250 Lavspenningsdirektivet............................. 251

Parallellkopling.............................................. 216

6

Maskindirektivet........................................ 250

Normer.............................................................251 Kontrollspørsmål ........................................... 251

23 Motorer

252 Motorkraft - en del av vår hverdag............. 253 I boligen...................................................... 253

På jobben og i skolen................................ 253 I samfunnet.................................................254 Produksjon og omforming av energi........... 255

Noen grunnleggende lover for elmaskiner . 255 Induksjon.................................................... 255 Magnetisk kraft.......................................... 256 Fra elektrisk til mekanisk energi................. 257 Veksel strømsmotoren............................... 257

Likestrømsmotoren....................................258

Dreiemoment.................................................. 259 Ulike motortyper........................................... 260

Vekselstrømsmotoren.................................... 261 Statoren....................................................... 261 Burviklet rotor........................................... 262 Viklet rotor med sleperinger.....................264 Trefasemotoren - den vanligste

asynkronmotoren........................................... 264 Virkningsgraden til motoren.....................265 Enfasemotoren - en motor som

trenger starthjelp............................................ 266 Tofasemotoren - en reguleringsmotor....... 266 Kapasitiv startfase...................................... 267

Merkeskilt....................................................... 269 Spenning og frekvens.................................... 270 Stjernekopling............................................ 271

Tidsrelé....................................................... 281 Kontaktor - et sterkstrømsrelé..................... 281

Manuell styring av kontaktorer................ 282 Beskyttelsesdioder..................................... 282 Nummerering av lamper, releer og kontaktorer..................................................283 Holdekretser.................................................... 284 Start av asynkronmotorer.............................. 285

Direkte start............................................... 285 Stjernekopling og trekantkopling............ 285

Trefasemotor i drift........................................ 287 Start av en trefasemotor i et enfasenett... 288 Startapparater med vern................................ 288 Motorvernbryter......................................... 288 Kortslutningsvern ...................................... 289 Overlastvern................................................290

Jordfeilbryter.................................................. 291 Sikkerhet......................................................... 291

Nødstopp og nødbryting........................... 291 Utilsiktet igangsetting............................... 292 Montering og igangsetting............................ 292 Skjemaene forteller om funksjonen............. 294

Kretsskjemaet.................................................296

Feilsøking....................................................... 297 Feilsøkingsmetodikk................................. 297 Elektromagnetisk stråling......................... 298 Kontrollspørsmål........................................... 298

Tillegg

300 Formler....................................................... 300 Prefiks......................................................... 300

Trekantkopling........................................... 272 Rotasjonsretning............................................ 272

Størrelser i ellæra....................................... 300 Elektriske konstanter................................ 301

Strøm.......................................................... 272

Fargekode - resistorer............................... 301

Effekt.......................................................... 273

Elektriske ledere........................................ 301

Virkningsgrad................................................. 274 Effektfaktor..................................................... 275 Turtall.............................................................. 276

Kontrollspørsmål........................................... 277

Engelske stikkord

302

Norske stikkord

304

24 Motorstyringer 278 Brytere.............................................................279 Releer............................................................... 280

7

For deg og din generasjon er elektrisitet en selv­ følge. Et trykk på lysbryteren, og lyset flommer. Du kan spille inn en kassett på stereoanlegget, sette kassetten inn i kassettspilleren din, ta på øreklokkene, trykke på avspilling og nyte musikken - inne eller ute i naturen.

Tv, radio, datamaskiner og telefoner er bare noen av apparatene som utnytter elektrisiteten. Kunn­ skapen om hvordan vi kan omforme ulike typer energi til elektrisitet, transportere den og deretter omforme elektrisiteten til andre energiformer, har revolusjonert samfunnet vårt. Vi snakker om hvor­ dan industrisamfunnet som startet med damp­ maskinen, totalt har forandret menneskenes måte å leve og virke på.

MUM

HB

... hvordan kan det være tillatt å føre flere tusen volt et elektrisk gjerde? • a%

Hvordan kan fuglene sitte på høyspentledningen uten å få støt? Og...

i

wasi

Elektrisitet er et fascinerende fenomen - til stor nytte for oss i hverdagen, livsfarlig når vi ikke behandler den riktig, og forbløffende i mange sammenhenger.

Lyn er et elektrisk fenomen som har skremt mennesket til alle tider.

m|

-

ELEKTRISITETSLÆRE

Etter at du har arbeidet deg igjennom dette kapitlet, skal du kunne • • • • • •

10

tegne en enkel modell av et atom forklare hvordan spenning oppstår forklare hva strøm er forklare forskjellen på likespenning og vekselspenning forklare grunnleggende prinsipper for elsikkerhet førstehjelp ved ulykker med elektrisitet

ELEKTRISITETSLÆRE

Allerede de gamle grekerne ... Ordet elektrisitet kommer av det greske ordet elektron, som betyr rav. Menneskene framstilte elektrisitet for første gang ved å gni et skinn mot rav. Denne måten å lage elektrisitet på var kjent allerede i antikken, men den har aldri vært brukt til å produsere elektrisk energi. Elektrisistet som oppstår på denne måten ved gnidning eller friksjon, er som regel en type elektri­ sitet som vi ikke ønsker, for eksempel elektrisiteten når det lyner, eller elektrisiteten som oppstår når du grer håret. Når vi skal produsere elektrisitet i større omfang, bruker vi andre metoder. Kontaktelektrisitet oppstår når det er kontakt mellom ulike metaller eller mellom metallplater som står i en elektrolytt (syre). Denne formen for elektrisitet utnytter vi i produksjonen av akkumulatorer og tørrbatterier. Indusert elektrisitet oppstår i elektriske ledere når de beveger seg i et magnetfelt. Generatoren eller dynamoen er et eksempel på dette. Fotoelektrisitet dannes når en metallflate blir belyst med kortbølget lys eller røntgen­ stråler.

rav = fossil harpiks fra bartrær som vokste i det baltiske området for ca. 20—40 millioner år siden. Rav blir brukt til smykker og pyntegjenstander.

Hva er så elektrisitet? Alessandro Volta konstruerte et batteri eller galvanisk element i år 1800, men først etter at Niels Bohr laget sin atommodell i begynnelsen av 1900-tallet, forstod man hva elektrisitet I dynamoen blir det indu­ sert spenning

Noen moderne gressklippere blir drevet av fotoelektrisitet

ELEKTRISITET

Bohrs atom modell Ifølge Bohr er alle grunnstoffer bygd opp av en atomkjerne som består av protoner og nøytroner. Rundt atomkjernen kretser elektroner omtrent som planetene kretser rundt Sola. Elektro­ nene og protonene har like store ladninger, men de er av forskjellig type. Protonene er positivt ladd (+), mens elektro­ nene er negativt ladd (-). Atomene har alltid like mange protoner som elektroner. Sett utenfra er atomet derfor alltid elektrisk nøytralt. Vi «skaper» elektrisitet ved å frigjøre elektroner fra atom­ kjernen. Det krever energi. Når vi får elektronene til å gå tilbake til kjernene sine, får vi tilbake den energien vi tilførte. Denne energien kan vi for eksempel bruke til å få en glødelampe til å lyse.

Når vi fjerner elektroner fra et atom, går atomet over til å bli et ion. Ioner er aldri elektrisk nøytrale. Fjerner vi elektroner, får vi et positivt ion. Tilfører vi elektroner, får vi et negativt ion. Et atom består av en kjerne og negativt ladde elektroner som kretser rundt kjernen. Kjernen består av positivt ladde protoner og ikke ladde nøytroner

Slik skaper vi spenning Den kraften som oppstår mellom et frigjort elektron og kjernen, kaller vi spenning. Jo flere elektroner vi frigjør, desto større blir spenningen.

Vi måler spenning i volt (V), og spenningen er et mål på hvor kraftig ulike ladde ionesamlinger (ladninger) tiltrekker hveran­ dre. Spenning har betegnelsen U, og vi merker den på skjemaet med en pil som peker fra minus mot pluss.

Enheten volt har navn etter den italienske fysikeren Alessandro Volta (1745-1827).

Spenning måles i volt (V) Spenning = U

Efektrostatikk og elektrodynamikk Vi deler vanligvis elektrisiteten inn i to slag: statisk elektrisitet, som gjelder ladninger i ro, og dynamisk elektrisitet, som gjelder ladninger i bevegelse. Det vi framfor alt skal studere i denne boka, er elektrodynamikk, det vil si ladninger i bevegelse. Boka inneholder likevel et kapittel om elektrostatikk, der vi skal stifte bekjentskap med en svært viktig komponent i elektriske kretser, nemlig kondensatoren.

Obs I engelsktalende land blir betegnelsen V

brukt i stedet for U for å angi spenning

Figur 1.4 Når vi grer håret, oppstår det statisk elektrisitet. Elektroner blir slitt løs fra håret og fester seg på plastkammen, slik at den blir negativt ladd. Håret blir positivt ladd. Mellom håret og kammen oppstår det en elektrisk spenning

ELEKTRISITETSLÆRE

13

Elektrodynamikk - ladninger i bevegelse Transport av ladninger kalles strøm. Strømmen kan for eksem­ pel flyte i samme retning hele tiden. Da kaller vi den likestrøm. Likestrømmen kan endre størrelse, men aldri retning. Spen­ ningen som er opphavet til likestrøm, kaller vi likespenning.

Dersom strømmen periodisk endrer retning og dermed størrelse, kaller vi den vekselstrøm. Spenningen kaller vi vekselspenning. Batteriet er en typisk likestrømskilde, mens strømmen vi tar ut av veggkontakten, er en vekselstrøm som endrer retning hundre ganger i sekundet. Strøm måles i ampere (A) og har betegnelsen I.

Strøm måles i ampere (A) Strøm = I r—------------------------ -- ------- ---

Enheten ampere har navn etter den franske fysikeren og matematikeren André Marie Ampere (1775-1836)

Spenning (V)

I 10 Likespenning

5

0---------------------------------► Tid

Spenning (V)

Spenning (V)

I 10

Figur 1.5 Spenningskurver. De to øverste kurvene viser likespenninger strømmen går bare i én retning (er større enn null); den nederste kurven viser vekselspenning

14

ELEKTRISITETSLÆRE

strøm

current

spenning

potential, voltage, tension

likestrøm

direct current, DC

vekselstrøm

alternating current, AC

Obs AC og DC står også for vekselspen­

ning og likespenning.

Strømmen blir transportert i ledere, som vanligvis er av kopper. For å hindre at strømmen flyter i andre retninger, bruker vi isolatorer. Isolatoren rundt en ledning kan være av plast eller gummi, men ofte bruker vi keramikk, glass eller porselen som isolasjonsmateriale. I en leder er en del av elektronene frigjort fra atomene sine. Disse ledningselektronene tiltrekkes av den positive enden av lederen når vi kopler lederen til en spennings- kilde. Det oppstår en strøm av elektroner i lederen

Positiv ende

Negativ ende

Figur 1.6

Figur 1.71 en isolator er det ingen frie elektroner. Derfor kan det heller ikke flyte noen strøm. Metalldelene i en strømbryter er beskyttet av en porselenisolator. Selve dekslet er av plast, som også er en isolator

leder

conductor

isolator

insulator

ELEKTRISITETSLÆRE

15

Elsikkerhet Brukt på riktig måte er elektrisk energi en viktig ressurs, men bruker vi den feil, kan den være en trussel for mennesker, dyr og eiendom. Når vi arbeider med elektrisk strøm, må vi alltid «tenke først og handle etterpå».

Mennesker og dyr er svært følsomme for elektrisk strøm. Selv en strøm på noen få tusendels ampere (milliampere - mA) gjennom bestemte deler av kroppen kan bety døden. Montering eller utskifting av elektriske komponenter må derfor aldri utføres med spenningen tilkoplet. Visse typer feilsøking krever at spenningen er tilkoplet. Da må arbeidet foregå på en slik måte at risikoen for at det skal skje en ulykke, er minimal. Et eksempel er tv-reparatører som vanligvis utfører feilsøkingen med spen­ ningen på. Da passer de på å arbeide med bare én hånd. På den måten unngår de å berøre to poler med begge hendene slik at strømmen går gjennom hjertet. For at strømmen skal flyte, må den nemlig ha en sluttet krets. Størrelsen på strømmen bestemo mes av den tilførte spenningen og av resistansen. A berøre en pol gir ingen elektrisk strøm forutsatt at strømmen ikke blir ledet videre gjennom føttene til golvet, eller at vi berører for eksempel et varmeelement med den andre hånden. Nesten alle ulykker med elektrisitet skyldes uforsiktighet eller uvitenhet. Vis respekt for elektrisk strøm! Store strømmer utvikler stor varme, og mange branner skyldes feil i elektriske kretser. Dårlig utførte installasjoner og feil håndtering av elektrisk utstyr er vanlige brannårsaker.

Ulykker ved lavspenning og høyspenning Nils vil advare andre:

- Slå alltid av strømmen! For sju måneder siden skulle Nils Pettersen tapetsere barnerom­ met til sin sønn på fem år. Nils ville gjøre jobben så raskt som mulig og glemte å slå av strøm­ men. Da han skulle tapetsere rundt strømbryteren, skrudde han av dekselet. Så skar han ta­ petet med en kniv og kom borti de strømførende delene. Nils fikk

16

ELEKTRISITETSLÆRE

da elektrisk støt gjennom krop­ pen. - Det kjentes som om noen slo meg hardt med en slegge over hele kroppen. Det gjorde svært vondt, og jeg fikk saltsmak i mun­ nen. Nils ble kjørt i ambulanse til sykehuset med brannskader over hele høyrehånden.

Det tok et halvt år før Nils var helt frisk. Nå ser hånden fin ut bortsett fra et par arr på over­ siden. - Jeg gikk glipp av en flott som­ mer. Jeg kunne ikke bade og leke med sønnen min, og jeg måtte beskytte hånden fra sola hele ti­ den. Hver dag blir jeg minnet på hvilken flaks jeg hadde tross alt.

Ulykker ved lavspenning (U < 1500 V) oppstår når enten en eller begge hender får kontakt med spenningskilden. Strøm­ gjennomgangen i kroppen kan gå gjennom hjertet og i verste fall føre til hjerteflimmer og til død etter få minutter. I de fleste tilfellene blir det «bare» brannskader på de stedene som er i berøring med spenningskilden, for eksempel fingrene. Det blir sjelden skader på indre organer, men du kan miste en eller flere fingrer, og det kan bety at du ikke kan fortsette i den jobben du har. Ulykker ved høyspenning (U > 1500 V) fører nesten alltid til bevisstløshet på grunn av strømgjennomgang i hjernen. Åndedrettssenteret i hjernen kan lammes, og den skadde slutter å puste. Den skadde får også alvorlige brannskader fra lysbuen som oppstår når en kroppsdel kommer i nærheten av en høyspenningskilde. Brannskadene ved berøringspunktene blir dype sår både når det gjelder høyspenning og lavspenning.

Behandling av en skadd person Først må personen frigjøres fra kontakt med strømmen. Slå av bryter, skru ut sikring, eller klipp kabelen med et isolert verktøy. Dersom det ikke er mulig, må den skadde personen dyttes, dras eller på annen måte fjernes fra kontakten.

Obs Tenk egen sikkerhet ved høyspenning! Dersom det har begynt å brenne i klærne på den skadde, må brannen slokkes straks. Bruk rent vann, pulverapparat, kullsyreapparat (husk: 1 m avstand på grunn av frostskader som kan oppstå), teppe, presenning eller liknende. Obs Skadene kan bli svært alvorlige dersom den skadde står eller løper - han bør ligge!

Dersom den skadde verken puster eller har puls, må du starte med gjenopplivning, det vil si hjertemassasje og munn-tilmunn-metoden. Det er viktig at du kommer raskt i gang. Slik kan du redde liv. En bevisstløs person som puster, må legges i stabilt sideleie. Du kan best minske og lindre brannskader med kaldt, rent vann (15-20 °C). Skadde kroppsdeler bør holdes under vann til smertene har opphørt. Det kan ta flere timer.

ELEKTR/S/TETSLÆRE

17

Dersom ulykken er ute ... Dersom noen blir utsatt for en ulykke med elektrisitet, må du handle fort:

2 Undersøk den skadde

18

ELEKTRISITETSLÆRE

3 Gjør dette

2

Undersøk den skadde

Den skadde ♦ puster ikke ♦ har puls

Gjør dette

3 qZ

Munn-til-munn-metoden

1 Sørg for frie luftveier ved å bøye hodet på den skadde langt tilbake. 2 Klem igjen nesen med tommel og peke­ finger. 3 Blås inn luft. Kontroller at brystkassen på den skadde hever seg. 4 Ta bort munnen og la luften fra den skadde strømme ut igjen.

5 Blås inn på nytt. Gjenta 10 ganger. Ring 113 og tilkall ambulanse dersom det ikke er gjort allerede.

2

Undersøk den skadde

3

Gjør dette

Den skadde

1 Ring 113 og tilkall ambulanse.

♦ puster ikke

2 Begynn med hjertemassasje.

♦ har ikke puls

♦ Legg den ene hånden din over hjertet på den skadde. ♦ Legg den andre hånden over. ♦ Press rett ned med rette armer. Bruk kroppstyngden. ♦ Gjør 15 kompresjoner i løpet av ca. 20 sekunder.

♦ Gjør 2 innblåsninger med munn-tilmunn-metoden ♦ Fortsett med 15 kompresjoner, der­ etter to innblåsninger osv. Fortsett til ambulansen kommer.

ELEKTRISITETSLÆRE

19

Sammendrag • Et atom består av en kjerne, og rundt kjernen kretser negative elektroner. • Atomkjernen består av uladde nøytroner og positivt ladde protoner. Det fins like mange protoner som elektroner i et atom. Atomet er derfor elektrisk nøytralt. • En elektrisk spenning oppstår når elektroner blir frigjort fra atomet. Spenning U måles i volt (V).

• Elektrisk strøm / er transport av ladninger. Strøm måles i ampere (A). Strøm som bare flyter i én retning, blir kalt likestrøm. Strøm som skifter retning, blir kalt vekselstrøm. • Elektrisk strøm transporteres i ledere av ledningselektroner. En isolator har ingen ledningselektroner og kan derfor ikke transportere elektrisk strøm. • Mennesker og dyr er svært følsomme for elektrisk strøm. Selv en liten strøm gjennom bestemte deler av kroppen kan bety døden. • Dersom den skadde verken puster eller har puls, må du straks starte med hjertemassasje og munn-til-munn-metoden.

Måleøving I

Kontrollspørsmål 1

Hvilke deler består atomkjernen av?

7 Hvordan kan brannskader på mennesker minskes og lindres?

2 Hvilken ladning har elektronene?

3 Hva er et positivt ion?

4 Hvilken enhet måler vi spenning i?

8 Hvordan skaffer vi frie luftveier hos en per­ son som ikke puster? 9 Hvor på brystkassen skal vi trykke når en person trenger hjertemassasje?

5 Hvilket bokstavsymbol bruker vi for strøm? 6 Hvor mange poler kan vi berøre uten at strøm­ men går gjennom kroppen?

20

ELEKTRISITETS^ERE

10 Hvordan kan vi frigjøre en person som er i kontakt med strømførende ledere?

21

Etter at du har arbeidet deg igjennom dette kapitlet, skal du kunne • • • •

22

bruke Ohms lov på enkle elektriske kretser forklare hvilke enheter vi måler spenning, strøm og resistans i bruke betegnelsene på elektriske størrelser bruke instrumenter for å måle spenning, strøm og resistans

Likestrøm flyter i én retning. For at likestrømmen skal flyte, må den ha tilgang til en likespenningskilde, for eksempel et batteri eller et likespenningsaggregat. Du kan bruke en batterieleminator eller et likespenningsaggregat når du lytter til musikk fra kas­ settspilleren. Når du kopler til batterieliminatoren, blir batte­ riene automatisk koplet ut. Batterieliminatoren har en konstant spenning, mens likespenningsaggregatet vanligvis har en utspenning som det er mulig å variere.

Plusspol

Minuspol

Figur 2.1 Symbolet for et batteri. Den lange streken angir plusspolen og den korte minus­ polen

Fra pluss til minus Som du vet, har et batteri to poler. Den positive polen er merket med et plusstegn (+), den negative polen er merket med et minustegn (-).

Kopler vi en leder mellom plusspolen og minuspolen, flyter det en stor strøm gjennom lederen. Internasjonale bestemmelser har fastlagt at strømretningen er fra pluss til minus. Det ble gjort på et tidlig tidspunkt. Nå vet vi at strømmen egentlig består av elektroner, og at elektron strømmen går fra minus til pluss. Vi holder likevel fast ved den gamle regelen.

Når vi kopler en ledning mellom pluss og minus på et batteri, flyter det en stor strøm fra plusspolen til minuspolen. Til hvilken nytte, spør du kanskje. Det eneste som hender, er at batteriet blir utladd og ødelagt uten at vi har hatt noen glede av strøm­ men - batteriet kortsluttes. Skal vi ha noen nytte av den elekt­ riske energien som er lagret i batteriet, må vi kople inn noe annet mellom plusspolen og minuspolen.

Figur 2.2 Kortsluttet batteri

Figur 2.3 Symbol for glødelampe

Vi kan for eksempel kople inn kassettspilleren, men glødelampen er et mer «lysende» eksempel.

Figur 2.4 Koplingsskjema for koplingen til venstre

Figur 2.5 Ved å kople inn en glødelampe mel­ lom polene på batteriet får vi lampen til å lyse — den elektriske energien blir omformet til lysenergi

LIKESTRØM

23

Hva er en glødelampe, og hvordan har den fått navnet sitt? Jo, i glødelampen er det en tråd som bremser strømmen. Frik­ sjonen mellom strøm og tråd blir så stor at tråden blir varm og gløder. Den glødende tråden utstråler lys.

Vi sier at glødetråden gjør motstand mot strømmen.

For at tråden ikke skal brenne av, er den innesluttet i et lufttomt rom, det vil si at det ikke fins oksygen i rommet. En annen løsning er å erstatte lufta i glødelampen med en gass som ikke ødelegger glødetråden (halogenlamper). Avhengig av materi­ alet i glødetråden kan vi bestemme hvor stor strøm som kan flyte, og dermed hvor sterkt lampen skal lyse.

Figur 2.6 Noen typer av glødelamper

24

LIKESTRØM

Ohms lov Det er ganske innlysende at for eksempel lengden på glødetråden avgjør hvor stor strøm som går gjennom lampen. Andre faktorer som påvirker størrelsen på strømmen, er materialet glødetrå­ den er laget av, og størrelsen på spenningen.

Simon Ohm (1787-1854) la ned mye arbeid i å undersøke elektriske strømmer i ledere. Motstanden mot elektrisk strøm i en leder - for eksempel i glødetråden - kalte han re sistans.

Eksempler på resistanser er kokeplater, varmeelementer, gløde­ lamper og den som kanskje er viktigst, nemlig den komponenten som har som eneste oppgave å begrense strømmen i en elektrisk krets, resistoren. Ohm beviste at jo mindre resistansen er, desto større er strømmen når spenningen er gitt. Han beviste også at når vi har en bestemt resistans og øker spenningen, øker også strømmen.

Figur 2.7 Symbolet for en resistor

Figur 2.81 USA blir dette symbolet brukt for resistorer

Resistansen blir målt i ohm (Q), og i elektrisitetslæra har resis­ tansen betegnelsen R. Den resistansen som gir opphav til en strøm på 1 A når den blir koplet til en spenning på 1 V, blir kalt IQ.

Formelen som er grunnlaget for all elektrisitetslære, blir kalt Ohms lov. Den sier at

I=E R

der / er strømmen i ampere, U spenningen i volt og R resistansen i ohm.

LIKESTRØM

25

For å kunne følge en elektrisk kopling på en enkel måte tegner vi - som du har sett - et skjema. På det elektriske skjemaet tegner vi spenningskilden U slik det er vist på bildet på forrige side. Spenningen viser vi med en spenningspil. Den skal teg­ nes med åpen pilspiss. En lukket pil på ledningen viser at det er strøm til stede. Strømmen har betegnelsen /.

På koplingsskjemaer tegner vi strømmen som en pil med fylt pilspiss:

Spenningen tegnes som en pil med åpen pilspiss:

Figur 2.9 Gløde spiralen i en varmepistol er en resistor med liten resistans

Størrelser og enheter Spenning, strøm og resistans er størrelser. Spenning måler vi som du har sett - i enheten volt, og grunnenheten er 1 volt (1 V). I formler blir spenning angitt med bokstaven U. Strøm måler vi i enheten ampere (A), og grunnenheten er 1 ampere (1 A). Resistans måler vi i enheten ohm, og grunnenheten er 1 ohm (1 Q). Resistans blir i formler angitt med bokstaven R.

I mange sammenhenger er det mer praktisk å angi størrelsene i en annen form enn grunnenheten. Vi bruker da prefiksene • k (kilo = 1000 = 103)

• M (mega = million = 1 000 000 = 106) • m (milli = tusendel = 0,001 = 10~3)

• p (mikro = milliondel = 10 6)

Eksempel: 4,7 k£2 = 4700 Q, 56 mA = 0,056 A

26

LIKESTRØM

Størrelse

Måltall

Enhet

U = 10 volt Figur 2.10 Vi skiller mellom størrelsessymboler og enheter. Sifferet foran enheten kaller vi måltall. Enhet og måltall danner til sammen en størrelse

Måling av elektriske størrelser For å kunne bestemme størrelsen på spenning, strøm og resistans bruker vi måleinstrumenter. Spenning måler vi med et voltme­ ter, strøm med et amperemeter og resistans med et ohmmeter.

Med noen instrumenttyper kan vi bare måle én størrelse, men det vanlige er nå at vi måler spenning, strøm og resistans med det samme instrumentet. Et slik instrument kaller vi et tmiversalinstrument eller multimeter. Det fins to hovedtyper av multimetre, analoge og digitale. Ana­ loge multimetre fins også i to utførelser, strømmålende og spenningsmålende.

I strømmålende instrumenter er det et amperemeter, men det er koplet slik at vi også kan lese av spenning og resistans. I spenningsmålende multimetre er det et voltmeter som er koplet slik at vi også kan lese av strøm og resistans.

Vi kommer tilbake til hvordan spennings- og strømmålende instrumenter virker, i kapitlet Måleteknikk.

Figur 2.11 Digitalt multimeter. Ved å dreie på venderen kan vi velge om vi vil måle strøm, spenning eller resistans

Figur 2.12 Analoge multimetre har en viser som beveger seg analogt over en skala. Som regel brukes den samme skalaen til å vise mer enn én måleverdi. Det blir altfor mange ska­ laer å holde orden på dersom hver oppdeling har sin egen skala

Figur 2.13 Analogt multimeter. Med dette instrumentet kan vi også måle strøm, spenning og resistans. Vi kopler måleledningene til forskjellige uttak på multimeteret avhengig av hva vi vil måle

LIKESTRØM

27

Analogt multimeter I spenningsmålende multimetre er det bygd inn elektronikk. Elektronikken må ha tilgang til spenning for at den skal fungere. Det betyr at multimeteret enten må koples til nettet eller ha innebygde batterier. Det mest vanlige er å bygge inn 1,5 og 9 volts batterier. Du har sikkert allerede innsett at når vi skal måle, må vi først kontrollere at batteriene er i orden. Det kan gjøres slik du ser på bildene nedenfor. Legg merke til at alle batteriene må kontrolleres. Figur 2.14 Bildene viser hvordan vi kontrollerer og nullstiller

Måleinstrumenter har som regel to justeringsmuligheter. Etter hvert som batterispenningen synker, må vi justere måleapparatet. Ved spenningsmåling må vi passe på av viseren står på null-streken når målepinnene kortsluttes. Vi kan justere viseren mekanisk med en liten skrutrekker. Når vi måler resistansen, må vi kontrollere at viseren slår ut til nullstreken når målepinnen kortsluttes. Det gjør vi med en skrutrekker eller med fingrene på knappen som er merket 0 (zero) eller R. I hullet rett under skalaen justerer vi ujevn-heter mellom batteriene slik at den lille viseren peker midt på bølgetegnet (~).

Spenningsmålende instrumenter har felles skala for strøm, spenning og resistans. Skalaen merket dB (desibel) bruker vi i analogteknikken, men ikke i dette kurset. Måleteknisk bruker du instrumentet nøyaktig på samme måten som vi har beskrevet ovenfor.

28

LIKESTRØM

Figur 2.15 Nærbilde av justeringsruta

Spenningsmåling Når vi skal måle spenning, skal den svarte måleledningen sitte i kontakten COM = common (felles) eller jord. Den røde måle­ ledningen skal settes i kontakten V eller V/Q. På instrumentet er det en vender der vi kan velge om det er likespenning (V-) eller vekselspenning (V~) vi vil måle.

Begynn alltid med spenningsvelgeren i den høyeste stillingen, og drei den trinn for trinn inntil viseren begynner å bevege seg. Når viseren står omtrent midt på skalaen, kan du lese av. Grunnen til at vi har så mange stillinger på venderen, er at avlesningen skal bli så nøyaktig som mulig. Det er svært vanskelig å lese av 1,21 V når venderen står på 300 V, det vil si fullt skalautslag. Det er veldig enkelt å måle spenninger. Du kopler den svarte måleledningen til den negative siden og den røde til den posi­ tive siden.

Viktig! Når vi skal måle en ukjent spenning, begynner vi alltid med det høyeste spennings­ området. Venderen viser hvor høy spenning vi kan måle. Dersom venderen står på 3 V og spenningen du skal måle,erstørre,kan instru­ mentet bli ødelagt

Figur 2.16 Bildet viser hvordan vi kopler inn et voltmeter for å lese av spenningen over lampen. I dette tilfellet er lampen koplet til et batteri som ligger i en batterikasse

LIKESTRØM

29

Strømmåling Det er litt vanskeligere a måle strøm enn å måle spenning. Det kommer selvsagt av at det flyter strøm i ledningen.

For å kunne måle strøm må du bryte kretsen, kople inn et am­ peremeter og få strømmen til å flyte gjennom det. For å gjøre det enda vanskeligere har mange universalinstrumenter et uttak for måling av små strømmer (vanligvis opptil et par hundre milliampere) og et annet uttak for store strømmer (opptil 10 A). Begynn alltid med å kople inn uttaket for store strømmer. Dersom det viser seg at strømmen er så liten at du kan kople inn det andre uttaket, gjør du det for at målingen skal bli så nøyaktig som mulig. Ved strømmåling må du som ved spenningsmåling velge strømtype. Du stiller inn venderen på likestrøm (A-) eller vekselstrøm (A~) og starter med områdevelgeren i høyeste stilling.

Figur 2.17 Strømmåling. Legg merke til hvordan måleledningen er koplet

30

LIKESTRØM

Resistansmåling For å måle resistansen, for eksempel i en glødelampe, må du ha en spenningskilde, et batteri. Ved hjelp av batteriet får vi det til å flyte strøm gjennom lampen. Batteriet er bygd inn i multimeteret. Når vi kjenner batterispenningen, kan vi regne ut resistansen med Ohms lov ved å måle strømmen.

For at vi skal slippe utregningene, har produsenten gradert en eller to skalaer på instrumentet som viser resistansen direkte. Batterispenningen synker etter hvert, og vi må derfor alltid justere instrumentet slik at viseren angir rett verdi uavhengig av batteritilstanden. Det gjør vi ved å kortslutte måleledningene. Plasser den svarte ledningen i uttaket COM og den røde ledningen i uttaket Q eller VQ. Ledningene kortsluttes, og der­ etter vrir vi på knappen merket R til viseren står på 0.

Figur 2.18 Før vi kan måle resistansen må måleledningene kortsluttes og instrumentet nullstilles

Figur 2.19 Resistansmåling med tre ulike instrumenter

LIKESTRØM

31

Sammendrag • Et batteri har en positiv og en negativ pol. • I en elektrisk krets flyter strømmen fra pluss til minus. Elektronene beveger seg i motsatt retning.

• Glødetråden i en glødelampe bremser strømmen så kraftig at tråden gløder. • Resistansen R er et mål for hvor mye en lampe eller en annen komponent bremser opp strømmen. Vi måler resistansen i ohm (Q).

• Ohms lov sier at spenningen over en resistor er lik produktet av resistansen og strømmen som flyter gjennom resistoren. U=IR • Med et multimeter kan du måle spenning, strøm og resistans. Det fins både analoge og digitale måleinstrumenter.

Måleøvingene 2, 3 og 4

Kontrollspørsmål

32

1

Hvilken retning har strømmen fra et batteri?

7

Hva heter det instrumentet som kan måle både strøm, spenning og resistans?

2

Hvor mange ohm må en resistor ha for at det skal gå en strøm på 1 ampere gjennom den? Batteriet som leverer strømmen, er på 1 V!

8

Hvordan skal du stille inn områdevelgerne når du skal måle en spenning du ikke kjenner størrelsen på?

9

Hvilke farge skal den måleledningen ha som plasseres i tilkopling merket COM?

10

Hvorfor skal vi alltid kortslutte måleledningene før vi måler en resistans?

3

Hvor mange ohm er det i 2 kQ?

4

Hvormangemilliampereerdeti4A?

5

Hva heter det instrumentet som kan måle spenning?

6

Hva heter det instrumentet som kan måle strøm?

LIKESTRØM

33

3

EFFEKT

Etter at du har arbeidet deg igjennom dette kapitlet, skal dit kunne

• forklare hvilke faktorer som bestemmer effekten fra et apparat • vite hvilken målenhet vi bruker for effekt • måle effekt med strøm- og spenningsmetoden

34

Effekt, hva er det? La oss ta noen eksempler. En BMW 730 har 218 hestekrefter (hk). Denne gamle måten å måle effekt på er ikke standardisert. Nå sier vi i stedet watt (W). En hestekraft svarer til 736 W. Det vil si at BMW-en har en effekt på ca. 160 kW. En glødelampe kan ha en effekt på 75 W, en koke­ plate kan ha en effekt på 2000 W osv. Det gamle uttrykket hestekraft er et mål på hvor «sterk» man er. Det samme gjelder glødelampen. Av erfaring vet du at en 100 W glødelampe lyser sterkere enn en glødelampe på 25 W. Det engelske ordet power kan bety forskjellige ting, blant annet styrke og kraft, men i elektrisitetslæra er det ordet effekt vi bruker. Hvorfor lyser da en glødelampe på 100 W sterkere enn en på 25 W?

Elektrisk strøm og vann som strømmer La oss sammenlikne elektrisk strøm med et fossefall som driver et skovlhjul. Rotasjonshastigheten til skovlhjulet blir et mål på effekten - styrken. Vi kan påvirke farten på skovlhjulet på to måter. Vi kan enten gjøre fallet høyere eller øke vannmengden. I begge tilfellene roterer skovlhjulet fortere.

EFFEKT

35

I elektrisitetslæra har vi nøyaktig samme forholdet. Øker vi fallhøyden, øker også spenningen. Da øker hastigheten til elekt­ ronene og dermed friksjonen mellom elektroner i bevegelse og elektroner som er i ro. Den andre måten er å øke vannmengden, det vil si strømmen. Da vil også effekten øke. Det er bare størrelsene spenning og strøm som påvirker effekten i elektriske koplinger. Effekten er produktet av spenningen og strømmen: Legg merke til at vi bruker bokstaven P (eng. power) for å angi effekt i formler

P=UI

Effekt måles i watt (W). Vi kan få glødelampen til å lyse sterk­ ere ved å kople den til en høyere spenning. De fleste glødelam­ per er beregnet for en bestemt spenning, for eksempel 230 V. Dersom vi vil ha større strøm, må vi velge en glødelampe med mindre resistans.

P = U • /, men

som gir

P = RII = RF

Ettersom I = tt,kan vi også skrive

P-.R-H-M.i*

EKSEMPEL 3.1

Hvor mye strøm «trekker» en glødelampe som er merket 230 V og 60 W? p Effektformelen sier atP = U • I => I=— U

Vi kan derfor skrive: / -___ A = 0 ?6 A 230 Svar: Strømmen til lampen er 0,26 A.

230 V

Z=^r A = 0,26A

36

EFFEKT

effekt

power

hestekraft

horse-power

EKSEMPEL 3.2

Hvor stor er resistansen i en glødelampe som er merket 230 V og 75 W? Vi regner først ut strømmen i 1 ampen med effektformelen P = U ■ I. P 75 U 1 =—, det vil si / =-----A = 0,326 A. Fordi R = — ifølge U 230 I 6 230 Ohms lov, blir resistansen R =------- Q = 705 Q 0,326

Svar: Resistansen i lampen er 705 Q.

Kopler vi inn en resistor i en elektrisk krets, flyter det en strøm i kretsen. Vi sier at resistoren belaster spenningskilden. Det er grunnen til at resistorer iblant blir kalt belastninger. Det er til og med slik at vi iblant snakker om last, og med det mener vi komponenter som belaster eller trekker strøm fra spen­ ningskilden. Lasten kan for eksempel være en glødelampe, en elektrisk motor, en transistor eller en ovn.

EFFEKT

37

Måling av effekt Måling av effekt med strøm- og spenningsmetoden Når vi skal måle den varmeeffekten som blir produsert ved likestrøm og likespenning, bruker vi ett eller to universalinstrumenter. I det ene tilfellet stiller vi inn universalinstrumentet for måling av spenning over komponenten. Universalinstrumentet fungerer da som et voltmeter, og koples i parallell med komponenten. I det andre tilfellet stiller vi inn universalinstrumentet for måling av strømmen gjennom kom­ ponenten. Universalinstrumentet fungerer da som ampereme­ ter og koples i serie med komponenten. Når vi har målt strøm og spenning, kan vi beregne effekten:

P=I

z'"'\ Voltmeteret \Xz er parallell-

____ i

Figur3.2

U

Det er lett å beregne effekten i en likestrømskopling når vi kjenner spenningen og strømmen, derfor bruker vi som regel ikke noe annet instrument for måling av effekt enn multimeteret. I vekselstrømskretser er det annerledes, og der er wattmeteret (effektmåleren) et ganske vanlig instrument. Det skal vi kom­ me tilbake til.

Figur 3.3 Wattmeteret er et instrument der vi kan lese av effekten direkte

38

Amperemeteret er seriekoplet

EFFEKT

Måleøving 5

koplet

Kontrollspørsmål 1

Hva er målenheten for effekt?

4

Hvor stor spenningen skal en lommelyktpære som er påstemplet 0,2A/5 W ha?

2

Hvor stor effekt får vi fra en spenning på 24 V når den leverer en strøm på 1,5 A gjennom en lampe?

5

Hva heter instrumentet som kan måle effekt direkte?

6

Hvordan kan effekt måles når du bare har et multimeter?

3

Hvor stor strøm går det i en lampe som er påstemplet 40 W/230V?

EFFEKT

39

4

RESISTOREN

Etter at du har arbeidet deg igjennom dette kapitlet, skal du kunne • • • •

40

beskrive hvordan trådviklede resistorer og sjiktresistorer er bygd opp bruke fargekoden for å bestemme størrelsen på en resistor kjenne til hvordan E-seriene er bygd opp regne ut avvik på resistorer i forhold til toleransen

Resistoren har to forskjellige bruksområder i elektriske kretser. Den brukes som strømbegrenser - og utgjør da en flaskehals for strømmen - og som spenningsdeler. Resistoren er den mest brukte komponenten i elektronikken, men den blir svært sjelden brukt i rene sterkstrømsanlegg.

Resistorer blir laget i mange forskjellige utførelser, men i denne boka skal vi bare se nærmere på de mest alminnelige. Du lærer om de andre typene i elektronikken. Den karakteristiske egen­ skapen ved en resistor er resistansen, som er et mål på den elektriske motstanden som resistoren yter når elektroner passerer gjennom den. Friksjonen som oppstår når elektronene presses gjennom resistoren, blir omdannet til varme. Det betyr at resistoren må tåle en viss effekt.

Figur 4. ]

Vi kan dele inn resistorene i to hovedgrupper. Den ene gruppen består av resistorer som beholder sin resistansverdi uavhengig av variasjoner i temperatur, lys, spenning og strøm. Denne gruppen blir kalt lineære resistorer, og blir behandlet nå. Den andre gruppen, som vi kaller ikke-lineære resistorer, kommer vi tilbake til.

Lineære resistorer De vanligste typene av lineære resistorer er den trådviklede resistoren og sjiktresistoren.

Trådviklede resistorer Trådviklede resistorer består av en stamme av keramikk eller glassfiber. På denne stammen er det viklet en motstandstråd. Tråden er koplet til to grove tilkoplingstråder eller «bein». Figur 4.2 Trådviklet resistor

lineær

linear

trådviklet resistor

wire-wound resistor

sjiktresistor

film-resistor

Figur 4.3 Noen trådviklede resistorer

RESISTOREN

41

Fordelene med trådviklede resistorer er at de tåler høy effekt og kan framstilles med stor presisjon. Den største ulempen er prisen. Resistansverdien er stemplet på resistoren, og iblant er også effekten den tåler, stemplet direkte på komponenten. Som kommategn bruker produsentene vanligvis en bokstav, og for å gjøre det vanskeligere bruker ikke alle produsenter den samme bokstaven for lavohmige resistorer. Eksempler på siffermerking er:

1,0 Q 4,7 Q 47 kQ

= = =

1R0 eller 1E0 4R7 eller 4E7 47k

0,47 Q = R47 eller E47 4,7 kQ=4k7 4,7 MQ = 4M7

Sjiktresistoren Sjiktresistoren består av en sylindrisk glass- eller keramikkstamme. For å opp­ nå høye resistansverdier ligger sjiktet i spiral. En av fordelene ved sjiktre­ sistoren er den lave prisen. Ulempen er at den kan begynne å brenne når den blir overbelastet. Ved utskifting av en defekt resistor er det derfor viktig at den nye resistoren er av samme høye kvalitet som den vi skifter ut.

Figur 4.4 b Sjiktresistorer

42

RESISTOREN

kilo (k) = 1000

mega (M)= 1000 000

Fargekode

Første ring

For at vi skal kunne lese av resistansverdiene på en enkel måte, blir de ofte angitt med en fargekode. Når vi har fire eller fem fargeringer, er de usymmetrisk plassert. Vi begynner alltid av­ lesningen med den ringen som ligger nærmest en ende.

Merking av resistorer Det er umulig å framstille resistorer med nøyaktige verdier. Derfor er det innført en standardisering der en går ut fra visse tallserier. I disse tallseriene er avstanden mellom de ulike verdiene like stor i prosent.

Figur 4.5 Plasseringen av den første ringen

De vanligste seriene er El2, E24, E48 og E96.1 en serie inngår alle tenkelige verdier, men merkingen er forenklet slik at det er tolv forskjellige verdier i en dekade i E12-serien, tjuefire i E24-serien osv.

Resistansverdiene er ikke nøyaktige. IE12-serien kan en resistor som er merket 560 Q, ha alle verdier mellom 504 Q og 614 Q. Er resistoren merket 680 £1, kan den ha en hvilken som helst verdi mellom 612 Q og 748 Q osv. De forskjellige seriene har disse toleransene: E12 ±10 %, E24 ±5 %, E48 ±2 %, E96 ±1 % og E192 ±0,5 %. Tabellen nedenfor gir en oversikt over de vanligste verdiene.

En dekade er en tiergruppe, I — 10, 10-100, 100-1000 osv.

El2-serien har tolv verdier i den første dekaden: 1,0, 1,2, 1,5, 1,8,2,2, 2,7, 3,3,3,9,4,7, 5,6, 6,8, og 8,2.

Den andre dekaden har verdiene 10, 12, 15, 18, 22,27 osv.

Den tredje dekaden får verdiene 100, 120 osv.

colour code (USA: color)

fargekode

Tabell 4.1 Noen vanlige serier EI2

E24

±10% ±5%

E24

E48

El 2

E24

E48

EI2

E24

E48

El 2

E24

E48

EI2

E24

E48

±2% ±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

100

147

E48

EI2

680 100

100

150

150

316

215 220

470

220

330

154

105

110

681

487

715

470

330 332

226

510

160

110

680

464

511

348

162

750

750

240 360

120

365

249

169

115

121

261

178 180

787

536

560

120

560

820

820

383

562

825

590

866

180

270

390

270

390

127

187

274

402

133

196

287

422

130 909

620

620

910

430 200 140

300

205

301

442

649

953

RESISTOREN

43

Fargekoder for resistorer med fire fargeringer Fargekoder med fire fargeringer blir brukt på resistorer i E24serien og lavere. Vi trenger to fargebånd for å angi tallverdien med en nøyaktighet på to sifre.

Farge

Bånd

Bånd

Bånd

1,2

3

4

Tallverdi

Faktor

Toleranse

±% svart

0

brun

1

10 = 10'

rød

2

100 = I02

oransje

3

1000 = I03

gul

4

10000 = I04

grønn

5

100000= IOS

0,5

blå

6

1 000000= I06

0,25

fiolett

7

10000000= I07

0,1

hvit

9

gull

0,1 = 10-'

5

sølv

0,01 = I0-2

10

1 = 10°

uten farge

1

2 ■

Tallverdi

Faktor

Toleranse

Figur 4.6 Resistor med fire fargeringer. Resistoren er på 47