Jännite ja virta

Julkaistu: torstai 9.2.2017

Yleensä kaikki laitteet tarvitsevat jonkin näköisen käyttöjännitteen toimiakseen. Lisäksi ne kuluttavat virtaa. Jännitettä merkitään tunnuksella V (monesti myös U) ja virtaa tunnuksella I. Englannin kieliset termit ovat vastaavasti voltage ja current.

Jännite on kahden kappaleen välinen sähköinen potentiaaliero. Tämä tarkoittaa siis sitä, että kahden sähköä johtavan esineen välillä on erisuuruinen jännite. Asiaa voidaan verrata vaikkapa kahteen juomalasiin. Toinen lasi on täynnä vettä ja toinen lasi on puolillaan. Lasien nestepintojen välillä on siis ero, eikö vain? Jos sinulla on viivain ja mittaat korkeuseron, niin saat jonkun senttimetriluvun vastaukseksi (tässä voit ajatella, että viivain vastaa jännitemittaria ja senttimetrit jännitettä). Näiden nestepintojen välillä on siis potentiaaliero, vaikka ei sähköinen olekaan.

Johteissa voi olla jännitettä ja niissä voi myös mennä virtaa. Virtaus syntyy potentiaalierosta eli jännite-erosta. Virtaa voitaisiin edellisen esimerkin mukaan ajatella jokseenkin näin: kun kyseiset kaksi juomalasia yhdistettäisiin pillillä tai letkulla siten, että neste pääsee virtaamaan täydemmästä lasista tyhjempään, niin pillissä/letkusta kulkee nestevirtaus. Kun ajattelet pillin paikalle sähköjohdon, lasien tilalle esineet joilla on potentiaaliero (esim. tyhjä ja täysi auton akku), niin johtimissa kulkee sähkövirta. Ilman yhdistämistä virta ei kulje, eikä esimerkin mukainen lasi tyhjene/täyty. Virta on siis vain "sähkön liikettä" - no, varsinaisesti elektronien liikettä, mutta ymmärtänet kaiketi?

Mittaaminen - Jännite

Jännitettä ja virtaa voidaan mitata esimerkiksi yleismittarilla, mikä lienee halvin, nopein ja yleisin tapa. (Tokihan 9 V:n paristoa voi kielelläkin "mitata", mutta ei siitä sen enempää nyt). Jännitettä ja virtaa mitataan aina eri tavalla ja monesti tämä on varsinkin alussa vähän hämärän peitossa, että mitenkäs ne mittajohdot nyt tulikaan - niin oli itsellänikin.  Jos luit edellisen esimerkin, niin ehkäpä osaatkin jo päätellä, että miten virtaa voidaan mitata? Jos et, niin ei se mitään, jatka lukemista.

Aloitetaan jännitteen mittaamisesta. Oletetaan, että olet tehnyt kytkennän ja haluat tarkistaa 9 V:n pariston yleismittarin avulla varmistuaksesi, että siinä on tarpeeksi potkua. Luonnollisestihan paristossa on kaksi napaa, + napa ja - napa. Tästä seuraa se, että jännitettä voidaan mitata näistä navoista - ei keskeltä paristoa. Kytket mittajohdot paristoon siten, että mittarin toinen johto on toisessa navassa ja toinen toisessa navassa. Huomaat pian, että yleismittari näyttää "9,57 V" (tai jotain sinne päin).

Jos mittari näyttää miinusvoltteja niin varmaankin ihmettelet, että miten siellä voi olla miinus voltteja. Tämä johtuu siitä, että käytännössä yleismittarille on ihan sama, kytketkö yleismittarin punaisen johdon + napaan ja mustan johdon - napaan vai toisinpäin. Yleismittari näyttää mittajohtimien välisen sähköisen potentiaalieron, eli siis jännitteen, ja jos johtimet on kytketty päinvastoin niin miinusmerkki ilmestyy yleismittarin ruutuun.

Jos vaihdat mittajohtojen paikkaa, niin huomaat, että miinusmerkki häviää ja kun oikein tarkasti katsot, niin olet kytkenyt yleismittarin punaisen johdon pariston + napaan ja mustan johdon pariston - napaan. Tässä se siis periaatteessa ja käytännössä on tämä jännitteen mittaaminen. Samalla tavalla voit mitata jännitettä mistä tahansa. Kokeile vaikka mitata käsiesi välinen jännite. Mittaustavasta sanotaan, että jännitemittari on rinnan kytketty.

Oheinen kuva esittää pariston mittaamistapaa. Huomaa, että mittari tulee aina mitattaessa olla oikeassa asennossa. Eli kun mittaat paristoja ja muita tasajännitteitä, niin mittarin valintakytkimen tulee olla tasajänniteasennossa - jos ei ole automaattista mittaria. Tasajänniteasento voi olla merkitty "DCV" tai esimerkiksi V= (= merkin alaviiva katkottuna). Vaihtojännitteitä mitattaessa merkintänä voi olla "ACV" tai esimerkiksi V~. Vaihtojännitteitä voi mitata täysin samoin kuin tasajännitteitäkin, mutta mittarin on ehdottomasti oltava aina oikeassa asennossa.

HUOM! Älä mene mittaamaan pistorasiasta mitään. Ikinä. Paitsi tietenkin jos olet ammattilainen tai muuten tiedät mitä teet. Nuorempana kerran kokeilin tätä: sulakehan siinä paukahti ja mittari hajosi, mutta muuten ei mitään sattunut.

Mittaaminen - Virta

Otetaan seuraavaksi virran mittaaminen. Virtaa mitataan siis eri tavalla kuin jännitettä. Virtamittari tulee kytkeä mitattavan kohteen kanssa sarjaan. Eli edellisen esimerkin mukaan siten, että yleismittarin punainen johto menee 9 V:n paristoon ja yleismittarista edelleen punainen johto kytkennän positiiviseen päähän.

Oheinen kuva esittää siis virran mittausta. Virtaa mitattaessa täytyy jonkin kuluttaa virtaa, eli siis virtamittarin on parempi olla kytkettynä valmiiseen kytkentään. Virhetilanteiden välttämiseksi ajattele aina siten, että virtamittari on vain johdin. Vältä siis oikosulkemasta virtalähdettä virtamittarilla!

Jos kytket virtamittarin samaan tapaan kuin jos mittaisit jännitettä, niin paristo/akku saattaa räjähtää tai ainakin se tyhjentyy nopeasti - vaikka todennäköisempää on että mittarin sulake palaa. Tämä johtuu siitä, että virtamittarilla on todella pieni sisäinen resistanssi (=vastus) virtamittausalueella, joten se toimii käytännössä vain johtimena piirissä. Virtamittausalueella on myös rajoituksensa miten suuria virtoja voidaan mitata ja ne vaihtelevat mittarikohtaisesti, samoin kuin muutkin mittarin ominaisuudet. Hieman kalliimmat mittarit on varustettu automaattisulakkeilla ja ne osaavat myös rajoittaa oikosulkuvirtaa jonkun verran.

HUOM! Älä mene mittaamaan pistorasiasta mitään. Ikinä. Paitsi tietenkin jos olet ammattilainen tai muuten tiedät mitä teet.

"Virta...Jännite...?"

Älä huoli. Alussa käsitteet voivat olla hankalia sisäistää, mutta ajan kanssa nämäkin asiat selviävät. Apua voi kysyä aina ja kirjastosta ja internetistä löytyy paljon tietoa. Jos lähipiirissäsi on joku elektroniikkaa harrastava tai muuten vain näistä asioista tietävä, niin suosittelisin menemään hänen puheilleen ainakin alkuun pääsemiseksi. Mutta jos tarvittava tieto irtosi jo täältä, niin ole hyvä!