Mikä on oikosulku?

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Alustan kysymykseni lyhyesti sepustuksesta sähkön olemuksesta niin kuin olen sen ymmärtänyt.

Tiedän, että jännitettä kuvataan erilaisin metaforin, milloin putkessa juoksevan veden korkeuseroilla ja milloin mitäkin. Paremmin sen ymmärrän kun puhutaan asioista oikeilla nimilliä.

Olen siis lukenut, että jännite on potentiaaliero.

Kun yhdistetään johtimella kaksi pistettä: varausten ylijäämä alijäämäiseen varaukseen eli negatiivinen varaus positiiviseen varaukseen niin sanotaan, että näiden kahden pisteen välillä vallitsee potentiaaliero.

Eli kahden pisteen välillä on jännitettä ja muodostuu sähkökenttä jota pitkin ylijäämäisestä varauksesta lähtee elektronit liikkeelle jotka etenee kohti alijäämäistä varausta. Elektronit etenee johtimen atomeissa "ionisoiden" kunkin atomin kerrallaan mutta koska johtimen atomit ovat neutraaleja eli niissä on sama määrä protoneja ja elektroneja niin elektronit jatkavat eteenpäin niin kauan kunnes tavoittavat atomin josta puuttuu elektroni. Lopulta ylijäämäelektronit saavuttavat alijäämäiset atomit eli positiivisen varauksen. Virta on ylijäämäelektronien määrä eli tiheys johtimessa. Ylijäämäelektroneja riittää tietysti niin kauan kuin ylijäämäisiä elektroneja negatiivisesta varauksesta riittää/niin kauan kuin johdin yhdistää potentiaalierot.

Olenko ymmärtänyt oikein sähkön olemuksen?

Seuraa kysymys:
Mitä sitten tapahtuu niille elektroneille jotka ovat parasta aikaa kulkemassa johtimessa ja potentiaalierojen välinen yhteys katkaistaan eli johdin irrotetaan positiivisesta päästä? Jääkö ne elektronit vapaiksi elektroneiksi sinne johtimeen vai häviääkö ne jotenkin sieltä?

Entä syntyykö oikosulku juuri kuvaamallani tavalla jos johdin on riittävän kauan ilman jännitehäviötä kytkettynä potentiaalierojen väliin? Eli suuri elektronien ylimäärä johtimessa aiheuttaa jatkuvaa ionisoitumista ja on yhtä kuin oikosulku?

Sivut

Kommentit (35)

Vierailija

Johdin kannattaa ajatella alipäästösuotimena, koska sellainen se on.

Sillä on kapasitanssi, induktanssi, resistanssi jne.

Suora 20cm piuha ei edes päästä läpi kuin muutaman gigahertsin.

Vierailija

Tietää nimimerkille: No mutta jos virtapiiri nopeasti katkaistaan tuossa esimerkissäni vetämällä johdin irti molemmista navoista niin eikö johtimessa ole johtimen irtiottohetkellä elektroneja jotka on jäänyt sinne pyrkiessän potentiaalierosta toiseen.? Mitä noille elektroneille tapahtuu?

Entä kysymykseni: Mikä on oikosulku?

pepe+
Seuraa 
Viestejä253
Liittynyt16.3.2005

Oikosulun tapahduttaessa ei mitään sen kummallisempaa tapahdu sähköpiirissä kuin normaalisti (atomitasolla siis).

Oikosulku on nimitys sille että virta oikaisee vitapiirissä eli ei mene sinne saakka minne on tarkoitettu.

Esim. Taskulampun patterin + navasta menee kytkimelle josta jatkuu lampulle ja lampulta takaisin patteriin - napaan.
Jos ruuvimeisseli lipsahtaa lamppua säätäessä sillä tavalla, että plus- ja miinusnapa osuu yhteen, virta oikaisee eikä mene lampulle asti(kuin hyvin vähäinen määrä), jolloin tapahtuu oikosulku.

yst pn

Vierailija
pepe+
Oikosulun tapahduttaessa ei mitään sen kummallisempaa tapahdu sähköpiirissä kuin normaalisti (atomitasolla siis).

Oikosulku on nimitys sille että virta oikaisee vitapiirissä eli ei mene sinne saakka minne on tarkoitettu.

Kyllähän se oikosulku on atomitasolla jotain muuta kuin avattu sähkökenttä jossa vapaat elektronit virtaa potentiaalierojen välillä. Mikä selittää esimerkiksi johtimen kuumenemisen tai sulakkeen palamisen oikosulkutilanteessa? Onko oikosulkutilanteessa elektronien määrä johtimelle liian suuri jolloin johdin alkaa kuumenemaan? ts. kuormaton virtapiiri.

Elektroneille ei siis riitä johtimen kyky johtaa elektroneja ja ne ionisoivat atomeja niin paljon, että osa energiasta muuttuu lämmöksi ja johdin alkaa sulaa?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26898
Liittynyt16.3.2005
pontus
Olenko ymmärtänyt oikein sähkön olemuksen?



Et. Johteissa ei ole (yleensä) mitään ylimääräisiä elektroneja. Johtavien aineiden tietyt elektronit ovat kuitenkin sellaisilla kvanttimekaanisilla elektronitiloilla, joilla niiden on mahdollista liikkua johdekappaleen alueella, tai johdekappaleesta toiseen, jos kappaleet koskettavat toisiaan.

Jos johteeseen kytketään ulkoinen sähkökenttä, se aikaansaa johtavuuselektronien liikkumisen. Johdekappaleessa elektronit liikkuvat kentän suuntaan, kunnes niiden luoma ulkoiseen summautuva sähkökenttä estää elektronien enemmän liikkumisen. Syntyy tasapainotila, joka harvoin kuitenkaan on erityisen mielenkiintoinen.

Johdepiirissä on suljettu johdelenkki, ja sellainen kenttä, joka ajaa elektroneja koko ajan samaan suuntaan. Silloin elektronit alkavat kiertää lenkkiä. Ne saavat sähkökentältä energiaa, ja menettävät sitä vuorovaikuttaessaan johteen atomien tai ulkoisten sähkömagneetisten kenttien kanssa. Varausneutraalisuus säilyy kuitenkin aina, elektroneja ei tule lisää, eikä häviä.

Mitä sitten tapahtuu niille elektroneille jotka ovat parasta aikaa kulkemassa johtimessa ja potentiaalierojen välinen yhteys katkaistaan eli johdin irrotetaan positiivisesta päästä? Jääkö ne elektronit vapaiksi elektroneiksi sinne johtimeen vai häviääkö ne jotenkin sieltä?



Liikkuvat elektronit luovat magneettikentän, johon varastoituu energiaa. Yritettäessä katkaista elektroneja liikkeelle ajava sähkökenttä, magneettikenttä muodostaa sähkökentän, joka aikaansaa jännitepulssin virtapiirin katkaisukohdan yli. Syntyy läpilyönti, joka hukkaa magneettikentän energian, minkä jälkeen sähkökenttä häviää ja elektronien sähköinen liikekomponentti loppuu. Käytännössä tuollaiseen katkaisuun voi liittyä erilaisia paikallisia värähtelyilmiöitä, jotka liittyvät paikalisen varausneutraliteetin saavuttamiseen.

Entä syntyykö oikosulku juuri kuvaamallani tavalla jos johdin on riittävän kauan ilman jännitehäviötä kytkettynä potentiaalierojen väliin? Eli suuri elektronien ylimäärä johtimessa aiheuttaa jatkuvaa ionisoitumista ja on yhtä kuin oikosulku?

Oikosulku on tekninen termi, joka kuvaa matalaimpedanssista virtapiirin osaa. Tekniikassa oikosulkuun liittyvä suuri virta tai virrantiheys aiheuttavat erilaisia ilmiöitä ja joskus myös ongelmia, mutta fysikaalisesti ajatellen oikosulku ei ole mitenkään erityinen asia, vaan virtapiiri siinä missä mikä tahansa muukin.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26898
Liittynyt16.3.2005
pontus

Kyllähän se oikosulku on atomitasolla jotain muuta kuin avattu sähkökenttä jossa vapaat elektronit virtaa potentiaalierojen välillä. Mikä selittää esimerkiksi johtimen kuumenemisen tai sulakkeen palamisen oikosulkutilanteessa? Onko oikosulkutilanteessa elektronien määrä johtimelle liian suuri jolloin johdin alkaa kuumenemaan? ts. kuormaton virtapiiri.

Elektroneille ei siis riitä johtimen kyky johtaa elektroneja ja ne ionisoivat atomeja niin paljon, että osa energiasta muuttuu lämmöksi ja johdin alkaa sulaa?

Resistiiviset häviöt johtuvat elektronien ja aineen atomien vuorovaikutuksista. Ne siirtävät elektronien sähkökentältä samaa energiaa hilan lämpövarahtelyiksi. Normaalisti, johtimissa ja sulakkeissa, elektronit menettävät enegian hilavärähtelylle paljon ennen kuin ne saavat atomien ionisoimiseen tai elektronin virittämiseen atomien väliset sidokset muodostavalta valenssivyöltä liikkuvien elektronien miehittämälle johtavuusvyölle virittämiseen riittävän energian. Joissakin rakenteissä erittäin suurilla sähkökentillä ionisoitumista voi kuitenkin tapahtua, käytännössä lähinnä läpilyöntitilanteessa. Ilmiötä kutsutaan vyörypurkaukseksi.

pepe+
Seuraa 
Viestejä253
Liittynyt16.3.2005
pontus

Kyllähän se oikosulku on atomitasolla jotain muuta kuin avattu sähkökenttä jossa vapaat elektronit virtaa potentiaalierojen välillä. Mikä selittää esimerkiksi johtimen kuumenemisen tai sulakkeen palamisen oikosulkutilanteessa? Onko oikosulkutilanteessa elektronien määrä johtimelle liian suuri jolloin johdin alkaa kuumenemaan? ts. kuormaton virtapiiri.

Elektroneille ei siis riitä johtimen kyky johtaa elektroneja ja ne ionisoivat atomeja niin paljon, että osa energiasta muuttuu lämmöksi ja johdin alkaa sulaa?

Siis otetaan ensin yksi peruskäsite eli jos virtapiiri on auki(eli kytkin auki) piirissä ei kulje virtaa. Jos virtapiiri on kiinni(eli kytkin kiinni) virta kulkee piirissä.

Oikosulkuja on kaikenlaisia. Kaikki oikosulut eivät polta sulaketta. On totta että yleensä oikosulussa virta kasvaa hyvin suureksi, tällöin pitäisi sulakkeen toimia.

Sulake palaa myös jos saman sulakkeen taakse laitetaan paljon kuormaa. Tätä ei kumminkaan sanota oikosuluksi. Sulake vain "mittaa virran määrää ja katkaisee sen tulon".

Kun johtimessa kulkee virta, se aina, oli oikosulku tai ei, lämmittää johdinta(pois lukien suprajohto). Riippuu paljon johtimen paksuudesta kuinka suureksi johdon lämpö nousee.

Eli kuten kirjoitin oikosulussa ei tapahdu mitään kummallista mitä ei ehjässäkään virtapiirissä atomitasolla, mutta oikosulku on hallitsematon joten kaapelissa voi kulkea hetken erittäin suuria virtoja. Nämä sitten voivat aiheuttaa ongelmia jos sulakkeet eivät toimi niin kuin pitäisi.

yst pn

Vierailija
Neutroni
pontus
Olenko ymmärtänyt oikein sähkön olemuksen?



Et. Johteissa ei ole (yleensä) mitään ylimääräisiä elektroneja. Johtavien aineiden tietyt elektronit ovat kuitenkin sellaisilla kvanttimekaanisilla elektronitiloilla, joilla niiden on mahdollista liikkua johdekappaleen alueella, tai johdekappaleesta toiseen, jos kappaleet koskettavat toisiaan.

Kiitos vastauksista erityistesti Neutronille. Tietosi on tyhjentävää ja syvällistä mutta nyt olen pelkkänä kysymysmerkkinä. Missä osassa alustusta virrasta ja jännitteestä olin väärässä jos sinun kertomaasi hieman abstrahoidaan lähemmäs omaa tekstiäni? Johtimen atomit eivät ionisoidu vaan virta etenee johtavuuselektronien liikkuessa? Mitä nuo johtavuuselektronit ovat elleivät jotain ylimääräsia elektroneja ylijäämäpotentiaalista?

Wiki sanoo Jännitteestä:
"Jännite on sähköinen potentiaaliero. Lyhyesti sanottuna jännite on sähköinen korkeusero, kun elektronit ja protonit pyrkivät "toistensa luo"; niiden välillä on aina tietty jännite."

Lisäksi sähkövarauksesta Wiki toteaa:
"Sähkövaraus syntyy, kun johonkin tulee varausten ylijäämä (negatiivinen varaus) tai alijäämä (positiivinen varaus)."

Ja sähkövirrasta:
"Sähkövirta syntyy, kun eri suuruisten sähkövarausten välille kytketään sähkönjohde (esim. kupari sähköjohdossa). Tällöin elektronit virtaavat ylijäämästä alijäämään, kunnes varaukset ovat tasoittuneet. Sähkön voidaan sanoa siis olevan elektronien liikettä atomeista toisiin atomeihin"

Potentiaalierosta Wikissä sanotaan:
"Erityisesti sähköopissa potentiaalierolla tarkoitetaan kahden eri jännitetasossa olevan johtimen tai varausjakauman välistä jännite-eroa"

Lainaan Wikiä vielä oikosulun osalta:
"Oikosulku on elektronisen piirin tilanne, jossa kaksi eri potentiaalissa olevaa pistettä kytkeytyvät yhteen pieni-impedanssisen kuorman kautta. Oikosulusta seuraa, että virtaa rajoittaa ainoastaan se piirin osa, jonka läpi oikosulkuvirta kulkee. Mikäli virta kasvaa suureksi, oikosulun seurauksena on ylikuumentuminen ja pahimmassa tapauksessa tulipalo tai räjähdys. Mikäli virta ei pääse oikosulusta huolimatta kasvamaan haitallisen suureksi, piiri vain lakkaa toimimasta normaalisti, kunnes oikosulku poistetaan."

Missä kohtaa minulla meni pieleen? Eikö aika pitkälle kuvani ollut oikea?

Vierailija

Auton sytytyspuola ilmentää sähköpiirin yllätyksellisiä piirteitä. Kipinä (40 000 V) lyö toisiopiirissä kun ensiöpiiri (12 V) avataan.

Vierailija

Oikosulku (engl. short circuit) on nimensä mukaisesti jotain, joka sulkee virtapiirin (engl. circuit) oikotietä (engl. shortcut), esimerkiksi ohittaen virtapiirin vastukset.

Vierailija

No niin. Kytken virtapiiriin virran ja tutkin sähköteknisesti mitä termien taakse kätkeytyy:

Jännite on kahden pisteen välinen potentiaaliero.
Potentiaaliero vallitsee jos toisessa pisteessä on elektronien ylijäämää ja toisessa alijäämää suhteessa protoneihin. Jännite V on sitä suurempi mitä suurempi on potentiaaliero. Jännite pyrkii aina tasapainotilaan.
mm. Suomen verkkovirta 220V on potentiaaliero suhteessa maahan.

Virta on näiden ylijäämäelektronien (negatiivisten varausten) liikettä johtimessa kohti positiivista varausta. Mitä enemmän elektroneja sitä suurempi virta.

Resistanssi on aineen, esimerkiksi johtimen kyky vastustaa virtaa. Mitä suurempi on vastustuskyky sitä helpommin elektronit törmäilee atomeihin jolloin osa elektronien energiasta muuttuu lämmöksi. Resistanssiin vaikuttaa aineen ominaisuudet ja kappaleen koko sekä lämpötila.

Oikosulku on virtapiirin tilanne jossa kaksi eri potentiaalissa olevaa pistettä kytkeytyy yhteen hyvin pienen resistanssisen (vaihtovirrassa reaktanssi) kuorma kautta. Oikosulku voi ilmetä sulakkeiden napsahteluna tai jopa virtapiirin osan palamisena/räjähtämisenä.

DerMack
Seuraa 
Viestejä1839
Liittynyt16.3.2005
pontus
Suomen verkkovirta 220V
nimellisjännite on kyllä nykyään 230V, mutta siinä sallitaan jotain reilu 10V heittoa eli toi 220 on hyvinkin mahdollinen jos sitä nyt menee johdoista mittaamaan...

mutta juu, noinhan ne sähköopin perusteet menee

Vierailija
DerMack
pontus
Suomen verkkovirta 220V
nimellisjännite on kyllä nykyään 230V, mutta siinä sallitaan jotain reilu 10V heittoa eli toi 220 on hyvinkin mahdollinen jos sitä nyt menee johdoista mittaamaan...

mutta juu, noinhan ne sähköopin perusteet menee

Kiitos. Olen siis ymmärtänyt oikein.

Vierailija

pontus
Onnittelen. Olet ties monesko jankkaaja, joka on väärinkäsityksen vuoksi täällä todistamassa jotain?
Pakkomielteesi noihin "ylijäämäelektroneihin" on liikuttavaa, mutta niitä ei ole ole. Se peruskoulun atomalli palleroineen ei ole realistinen.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat