edellisen osion piiri ei ole kovin käytännöllinen. Itse asiassa se voi olla melko vaarallista rakentaa (liittämällä suoraan jännitelähteen navat yhteen yhden lankakappaleen kanssa). Syy on vaarallinen on, että sähkövirran suuruus voi olla hyvin suuri tällaisessa oikosulussa, ja energian vapautuminen voi olla hyvin dramaattista (yleensä lämmön muodossa). Tavallisesti virtapiirit on rakennettu siten, että vapautuva energia voidaan hyödyntää käytännössä mahdollisimman turvallisesti.

lampun hehkulangan läpi kulkeva virta

yksi käytännöllinen ja suosittu sähkövirran käyttökohde on sähkövalaistuksen toiminta. Yksinkertaisin sähkölampun muoto on kirkkaan lasilampun sisällä oleva pieni metallinen ”hehkulanka”, joka hehkuu valkohehkuisena (”incandesces”) lämpöenergialla, kun sen läpi kulkee riittävä sähkövirta. Akun tavoin siinä on kaksi johtavaa liitäntäpistettä, joista toinen virtaa sisään ja toinen virtaa ulos. Jännitteen lähteeseen kytkettynä sähkölampun piiri näyttää jokseenkin tältä:

kun virta kulkee lampun ohuen metallihehkulangan läpi, se kohtaa enemmän liikevastusta kuin tyypillisesti paksussa langanpalassa. Tämä sähkövirran vastustus riippuu materiaalin tyypistä, sen poikkipinta-alasta ja lämpötilasta. Se tunnetaan teknisesti nimellä resistance. (Voidaan sanoa, että johtimilla on alhainen vastus ja eristeillä on erittäin korkea vastus.) Tämä vastus toimii rajoittaa virtaa piirin läpi tietty määrä jännitteen syöttämä akku verrattuna ”oikosulku”, jossa meillä ei ollut muuta kuin Lanka liittämällä toinen pää jännitelähteen (akku) toiseen. Kun virta liikkuu vastuksen vastusta vastaan, syntyy ”kitkaa”. Mekaanisen kitkan tavoin vastusta vastaan virtaavan virran tuottama kitka ilmenee lämmön muodossa. Lampun hehkulangan keskitetty vastus johtaa siihen, että hehkulangan kohdalta haihtuu suhteellisen paljon lämpöenergiaa. Tämä lämpöenergia riittää saamaan hehkulangan hehkumaan valkohehkuisena tuottaen valoa, kun taas lampun akkuun yhdistävät johdot (joilla on paljon pienempi vastus) tuskin lämpenevät johtaessaan samaa määrää virtaa. Kuten oikosulun tapauksessa, jos piirin jatkuvuus katkeaa missä tahansa kohdassa, virran virtaus pysähtyy koko piirin alueella. Kun lamppu on paikallaan, se lakkaa hehkumasta:

kuten aiemmin, ilman virtaa, akun koko potentiaali (jännite) on käytettävissä katkon yli odottaen mahdollisuutta kytkeä virta poikki ja sallia virran virtaus uudelleen. Tätä tilaa kutsutaan avoimeksi piiriksi, jossa piirin jatkuvuuden katkeaminen estää virran koko ajan. Tarvitaan vain yksi tauko jatkuvuudessa piirin ”avaamiseen”. Kun mahdolliset katkokset on yhdistetty uudelleen ja piirin jatkuvuus palautettu, sitä kutsutaan suljetuksi piiriksi.

lamppujen kytkemisen perusta

se, mitä näemme tässä, on perusta lamppujen kytkemiselle päälle ja pois päältä kaukokytkimillä. Koska piirin jatkuvuuden rikkoutuminen johtaa virran pysähtymiseen koko piirin alueella, voimme käyttää laitetta, joka on suunniteltu tarkoituksellisesti katkaisemaan jatkuvuus (jota kutsutaan kytkimeksi), joka on asennettu mihin tahansa sopivaan paikkaan, johon voimme ajaa johtoja, ohjaamaan virtavirtaa piirissä.:

näin talon seinään asennettu kytkin voi ohjata lamppua, joka on asennettu pitkälle käytävälle tai vaikka toiseen huoneeseen, kauas kytkimestä. Itse kytkin on rakennettu johtavasta kosketusparista (joka on yleensä valmistettu jonkinlaisesta metallista), joka on pakotettu yhteen mekaanisella viputoimilaitteella tai painikkeella. Kun koskettimet koskettavat toisiaan, virta pääsee kulkemaan yhdeltä toiselle ja piirin jatkuvuus vakiintuu. Kun kontaktit on erotettu toisistaan, virran kulku yhdestä toiseen estyy välissä olevan ilman eristyksellä, ja piirin jatkuvuus katkeaa.

Veitsikytkin

ehkä paras kytkin perusperiaatteen havainnollistamiseksi on ”Veitsikytkin”:

Veitsikytkin ei ole muuta kuin johtava vipu, joka voi vapaasti kääntyä saranassa ja joka joutuu fyysiseen kosketukseen yhden tai useamman paikallaan olevan kosketuspisteen kanssa, jotka ovat myös johtavia. Yllä olevassa kuvassa esitetty kytkin on rakennettu posliinipohjalle (erinomainen eristysmateriaali) käyttäen kuparia (erinomainen johdin) ”terää” ja kosketuspisteitä varten. Kahva on muovia, joka eristää käyttäjän käden Kytkimen johtavasta terästä avattaessa tai suljettaessa sitä. Tässä on toinen Veitsikytkin, jossa on kaksi paikallaan olevaa kontaktia yhden sijasta:

tässä esitetyssä veitsikytkimessä on yksi ”terä”, mutta kaksi paikallaan olevaa kosketinta, eli se voi tehdä tai rikkoa useamman kuin yhden piirin. Tällä hetkellä tämä ei ole hirveän tärkeää olla tietoinen, vain peruskonsepti siitä, mitä kytkin on ja miten se toimii. Veitsikytkimet ovat erinomaisia kuvaamaan Kytkimen toiminnan perusperiaatetta, mutta ne aiheuttavat selviä turvallisuusongelmia, kun niitä käytetään suuritehoisissa sähköpiireissä. Veitsikytkimen paljaat johtimet tekevät tahattomasta kosketuksesta piirin kanssa selkeän mahdollisuuden, ja liikkuvan terän ja paikallaan olevan kosketuksen välillä mahdollisesti ilmenevä kipinöinti on vapaa sytyttämään lähellä olevia syttyviä materiaaleja. Useimmissa nykyaikaisissa kytkinmalleissa on liikkuvat johtimet ja kosketuspisteet, jotka on suljettu eristyskotelon sisään näiden vaarojen lieventämiseksi. Valokuva muutamasta modernista kytkintyypistä osoittaa, kuinka kytkentämekanismit ovat paljon piilotetumpia kuin veitsen muotoilulla:

avattujen ja suljettujen piirien vertailu

piirien ”avoimen” ja ”suljetun” terminologian mukaisesti kytkin, joka ottaa yhteyttä liitäntäliittimestä toiseen (esimerkki: Veitsikytkin, jonka terä koskettaa täysin paikallaan olevaa kosketuspistettä) tarjoaa jatkuvuutta virran läpivirtaukselle, ja sitä kutsutaan suljetuksi kytkimeksi. Kääntäen jatkuvuutta rikkova kytkin (esimerkki: Veitsikytkin, jonka terä ei kosketa paikallaan olevaa kosketuspistettä) ei anna virran kulkea läpi ja sitä kutsutaan avoimeksi kytkimeksi. Tämä terminologia on usein sekavaa uudelle elektroniikan opiskelijalle, koska sanat ”avoin” ja ”suljettu” ymmärretään yleisesti oven yhteydessä, jossa ”avoin” rinnastetaan vapaaseen kulkuun ja ”suljettu” tukokseen. Sähkökytkimillä näillä termeillä on päinvastainen merkitys: ”avoin” tarkoittaa virtaamattomuutta, kun taas ”suljettu” tarkoittaa sähkövirran vapaata kulkua.

arvostelu:

• resistanssi on sähkövirran vastustuksen mitta.
• oikosulku on virtapiiri, joka tarjoaa vain vähän tai ei lainkaan vastusta virran virtaukselle. Oikosulut ovat vaarallisia korkeajännitteisissä virtalähteissä, koska kohdatut suuret virrat voivat vapauttaa suuria määriä lämpöenergiaa.
• avoin piiri on sellainen, jossa jatkuvuus on katkennut virran kulkuradan katkeamisesta.
• suljettu piiri on kokonaisuus, jossa on hyvä jatkuvuus kauttaaltaan.
• laitetta, joka on suunniteltu avaamaan tai sulkemaan piiri valvotuissa olosuhteissa, kutsutaan kytkimeksi.
• termit ”avoin” ja ”suljettu” viittaavat kytkimiin sekä kokonaisiin piireihin. Avoin kytkin on sellainen, jossa ei ole jatkuvuutta: virta ei voi virrata sen läpi. Suljettu kytkin on sellainen, joka tarjoaa suoran (alhaisen vastuksen) polun virran läpivirtaukselle.

asiaan liittyvät työarkit:

• Kytkimet
• vastus
• jännite, virta ja vastus

kokeile Vastuslaskinta Työkaluosastossamme.