Julkaistu 17. marraskuuta 2013.
L?hes jokaisessa ajoneuvossa on jonkinlaisia s?hk?ll? toimivia osia. Vaikka suurin osa ajoneuvojen moottoreista toimii kemiallisella ja l?mp?energialla ja energia kulkee py?riin liikkuvien osien kautta, ei kokonaisuus ole j?rkev? ilman s?hk?n muodossa kulkevaa energiaa. S?hk?? k?ytt?? niin k?ynnistysmoottori, valot, bensamoottoreiden sytytysj?rjestelm? kuin joukko ajomukavuutta lis??vi? laitteita. Lis?ksi ajoneuvon toimintaa ohjaavien, s?hk?ll? toimivien osien osuus ajoneuvon osista on kasvanut merkitt?v?sti.
Koska ajoneuvojen osat tarvitsevat suuria m??ri? s?hk?virtaa ja koska niiden on saatava virtaa my?s auton ollessa sammutettuna, on virta varastoitava johonkin. T?st? syyst? ajoneuvoissa on l?hes poikkeuksetta akku. Akun toiminta perustuu kemiallisiin reaktioihin, jotka taas ovat mahdollisia aineen rakenneosasten, atomien, ominaisuuksien ansiosta.
Mit? sitten s?hk?virta on? Ent? mit? tarkoittavat siihen liittyv?t k?sitteet j?nnite, resistanssi, teho ja ampeeritunti? Mit? eroa on s?hk?ll? ja s?hk?virralla? S?hk?n ja siihen liittyvien ilmi?iden selitt?minen ei ole yksinkertaista. Itse sana s?hk? voi huolimattomasti m??ritelt?ess? tarkoittaa monia asioita. Yht??lt? s?hk?? pit?? erikseen tuottaa mutta toisaalta se on jo aineen rakenneosasten perusominaisuus.
K?sitteen? s?hk? tarkoittaa energiamuotoa, jonka v?lityksell? esimerkiksi vesiputouksen, polttoaineen tai auringon tuottama energia siirret??n s?hk?n k?ytt?kohteisiin. T?ll?in monesti k?ytet??n my?s paremmin asian ilmaisevaa yhdyssanaa s?hk?energia. S?hk?n pit?minen energiamuotona ei kuitenkaan kerro kaikkea sen ominaisuuksista.
Varsinkin talvella monet saavat pienen s?hk?t?llin koskettaessaan esimerkiksi ovenkahvaan, vaatteeseen tai toiseen ihmiseenkin. T?t? pikku iskuna purkautuvaa s?hk?? kutsutaan staattiseksi, ja sen voi aiheuttaa esimerkiksi keinokuidusta valmistetuissa vaatteissa oleminen tai kissan silitt?minen. T?llaista s?hk?? kutsutaan my?s hankauss?hk?ksi, ja sana oikeastaan kuvaa paremmin yht? keinoa saada aikaan s?hk??. Siis hankaamalla kahta tietynlaista kappaletta toisiinsa saadaan aikaan toiseen niist? s?hk?varaus. S?hk?varaus voi sitten purkautua, mink? esimerkiksi ihminen tuntee ja saattaa n?hd?kin pienen? napsahduksena.
Itse asiassa hankaamalla johonkin kappaleeseen luotu s?hk?varaus voi olla erilainen kuin toiseen kappaleeseen samalla tavalla tuotettu varaus. S?hk?varaukseen vaikuttaa esimerkiksi se, mill? aineella hankauss?hk? on kappaleeseen saatu aikaan. Toinen varaus on positiivinen eli +-merkkinen, ja toinen on negatiivinen eli –-merkkinen. Merkitt?v?? on huomata se, ett? samanlaiset s?hk?varaukset hyljeksiv?t toisiaan ja erilaiset vet?v?t toisiaan puoleensa.
Palataan aiemmin esill? olleeseen v?itteeseen, ett? s?hk? on jo aineen rakenneosasten perusominaisuus. Rakenneosasilla tarkoitetaan tietenkin atomeja. Atomin rakenne on tavattu esitt?? yksinkertaisuuden vuoksi pienen? "aurinkokuntana", jossa on ydin ja sen ymp?rill? yksi tai useampia "kiertoratoja".
Ydin koostuu protoneista ja neutroneista. Neutroneilla ei ole mink??nlaista s?hk?varausta, mutta protoneilla on +-merkkinen s?hk?varaus. Sen sijaan ydint? kiert?vill? radoilla, elektroniverhoissa, kulkevilla elektroneilla varaus on –-merkkinen. Kun protoneja on ytimess? yht? paljon kuin elektroneja on elektroniverhoissa, on protonien ja elektronien s?hk?varaus yht? suuri, ja atomissa ei ole lainkaan s?hk?varausta eli se on s?hk?t?n.
Jos atomista otetaan elektroneja pois, protonien +-varaus j?? suuremmaksi, ja koko atomista tulee +-merkkisesti varautunut. Vastaavasti jos elektroneja on enemm?n kuin protoneja, on koko atomi –-merkkinen. Koska aine koostuu atomeista, riippuu sen s?hk?varaus atomien s?hk?varauksesta.
K?yt?nn?ss? atomien ja sit? kautta aineen s?hk?inen varautuminen riippuu vain elektronien liikkeist?. Protonit ovat yli tuhat kertaa niin raskaita kuin elektronit eiv?tk? siksi helposti liiku mihink??n. Sen sijaan elektroneita joko poistuu atomia kiert?v?st? verhosta tai niit? tulee siihen lis??. T?t? kautta atomista – ja koko aineesta – tulee joko +-merkkisesti tai –-merkkisesti varautunut.
Kun ihminen pit?? keinokuiduista valmistettua paitaa yll??n ja vaate hankaa h?nen ihoaan, siirtyy siis ihon ja vaatteen v?lill? elektroneita. Ihmisest? tulee s?hk?isesti varautunut. T?t? varausta ei kuitenkaan voida hy?dynt?? mitenk??n j?rkev?sti.
Atomeihin liittyvi? s?hk?ilmi?it? voidaan kuitenkin hy?dynt?? s?hk?n tuottamisessa sek? k?sittelemisess?. Hankaamalla kyll? saadaan aikaan s?hk??, mutta kyseisell? keinolla ei tuoteta s?hk?? kokonaisen kaupungin tarpeisiin. Toinen tapa tuottaa s?hk?? perustuu s?hk?magnetismiin. T?t? k?ytet??n muun muassa voimalaitosten generaattoreissa mutta yht? lailla ajoneuvojen latureissa.
Kolmas tapa saada aineen atomeiden k?ytt?ytymisen avulla s?hk?? on hy?dynt?? kemiaa. Kemialliset reaktiot ovat paristojen perusta. My?s akkujen perusta on kemiassa, mutta akkuja voidaan t?ytt?? s?hk?virralla.
Ajoneuvoissa akun teht?v? on tarjota virtaa silloin, kun ajoneuvo ei ole k?ynniss?. Akusta my?s tulee kaikki energia ajoneuvon k?ynnist?miseen. Kun ajoneuvo on k?ynniss?, sen laturi tuottaa s?hk?? ja samalla lataa akkuun virtaa. N?inp? akku on erinomainen v?line ajoneuvoihin – siit? saadaan virtaa ajoneuvoon miss? vain, mutta sen voi my?s t?ytt?? virralla uudestaan ja uudestaan.
Akkuhan ei itse tuota s?hk??, mutta siihen voidaan varastoida s?hk?? ja purkaa s?hk?? siit? pois. Akun toiminnan ymm?rt?misess? ei ole kyse siit?, kuinka kemialliset reaktiot akun sis?ll? tuottavat s?hk??. Sen sijaan kyse on siit?, kuinka kemialliset reaktiot akun sis?ll? mahdollistavat s?hk?n varastoinnin ja sen purkamisen.
Akun lyijylevyt
Ajoneuvon akun kotelon sis?ll? on yleens? 6 pienemp?? lokeroa, joita kutsutaan kennoiksi. Kennot voivat olla py?reit? tai suorakulmaisia, ja yll? olevassa kuvassa olevassa akussa ne ovat suorakulmaisia. Akun toiminnan ytimen muodostavat kuitenkin kennoissa olevat lyijylevyt. Niit? on kussakin kennossa esimerkiksi 16 kappaletta, mutta joka toinen levyist? on erilainen kuin joka toinen. Jokaisen vierekk?in olevan lyijylevyn v?liss? on lis?ksi erotinlevy, jonka teht?v? on est?? lyijylevyj? koskettamasta toisiaan.
Akun toiminta perustuu kahden lyijylevyn v?lisiin reaktioihin. Alla olevassa kuvassa on kaksi lyijylevy? sek? niiden v?liss? oleva erotinlevy. Kuvassa levyjen mitat ja niiden suhteet toisiinsa eiv?t ole todelliset.
Levyt eiv?t kuitenkaan ole eheit? vaan itse asiassa ristikkomaisia. Lis?ksi lyijylevyt eiv?t ole kokonaan puhdasta lyijy?. Ristikko toimii er??nlaisena kehikkona, ja se on melkein puhdasta lyijy?. Sekaan on lis?tty kahta muuta alkuainetta, kalsiumia ja antimonia, jotta levyt olisivat lujempia. Kalsium my?s ehk?isee hieman sit?, ett? akku latautuisi liian t?yteen.
Kehikkojen ristikot on t?ytetty akun toiminnan mahdollistavilla aineilla. Joka toisen kehikon ristikkoihin on valettu huokoiseksi k?sitelty? mutta muuten puhdasta lyijy?, ja joka toisen kehikon ristikkoihin taas hapen ja lyijyn yhdistelm??, lyijydioksidia.
Eristimen? toimivien levyjen materiaalin t?ytyy olla sellaista, ett? eristimest? ei voi miss??n tilanteessa – esimerkiksi rikkihapon siihen vaikuttaessa – olla mit??n haittaa lyijylevyjen toimintaan. Monesti erotinlevy onkin huokoista muovia tai lasivillaa.
Kaksi hieman erilaista lyijylevy? ja erotinlevy niiden v?liss? eiv?t kuitenkaan tuota haluttuja vaikutuksia. Siksip? kennossa on s?hk?? johtavaa nestett?, elektrolyytti?. Siit? 65 prosenttia on vett? ja 35 prosenttia rikkihappoa. Seoksessa on sellaisia ainesosia, jotka reagoivat ihanteellisella tavalla molempien lyijylevyjen kanssa. Sen sijaan erotinlevyn kanssa elektrolyytti ei reagoi, mik? on ihan tarkoituskin.
Reaktiot kennossaMiten siis rikkihappo, lyijydioksidia oleva levy sek? huokoista lyijy? oleva levy reagoivatkaan kesken??n? Ne reagoivat itse asiassa kahdella tavalla. Reaktio riippuu siit?, otetaanko akusta virtaa vai ladataanko sit?. T?ss?h?n siis on akun kemiallisten reaktioiden hienous: ne mahdollistavat sek? akun purkamisen ett? lataamisen!
Olkoon meill? t?yteen ladattu akku kiinni auton s?hk?j?rjestelm?ss?. Aletaan ottaa akusta virtaa kytkem?ll? auton ajovalot p??lle. Pysytell??n edelleen kahden lyijylevyn tasolla ja tarkastellaan reaktioita levyjen ja elektrolyytin v?lill?.
Lyijydioksidia oleva levy reagoi rikkihapon kanssa niin, ett? se muodostaa lyijysulfaattia ja vett?. Samalla se varautuu positiivisesti, eli sen atomeissa on v?hemm?n elektroneja kuin protoneja. Samaan aikaan huokoista lyijy? oleva levy reagoi rikkihapon kanssa siten, ett? se muodostaa my?s lyijysulfaattia ja vett? mutta varautuu negatiivisesti. Niinp? sen atomeissa elektroneja on enemm?n kuin protoneja. Lyijysulfaatti j?? levyjen pintaan ja vesi j?? elektrolyyttiin. Samalla rikkihapon osuus elektrolyytist? v?henee – akun purkamisen jatkuessa riitt?v?n kauan elektrolyytti onkin pelkk?? vett?.
T?m? ei kuitenkaan viel? selit? s?hk?virran saamista akusta. S?hk?virtahan on elektronien virtaa, eli elektronien on liikuttava jossain. Kun akkuun kytketty virtapiiri suljetaan, t?ss? tapauksessa laittamalla ajovalot p??lle, elektronit alkavat virrata laitteen kautta negatiivisesti varautuneesta, eli –-merkkisest? lyijylevyst?, kohti +-merkkist? eli positiivisesti varautunutta lyijylevy?. Elektroneillahan on taipumus pyrki? aina tasoittamaan kahden atomin v?linen ero varauksessa, ja ne kulkevat aina miinuksesta kohti plussaa.
S?hk?laitteita akkuun tai mihin tahansa virran l?hteeseen kytkiess?mme ajattelemme kuitenkin s?hk?virran kulkevan plussasta kohti miinusta. Se onkin vain sovittu s?hk?virran suunta, eik? se vastaa elektronien kulkusuuntaa.
Mit? sitten tapahtuu, kun k?ynnist?mme auton, ja auton laturi alkaakin sy?tt?? s?hk?virtaa akkuun ladaten sit?? Yksinkertaisesti reaktiot menev?t toisin p?in. Molempien levyjen pinnassa oleva lyijysulfaatti reagoi veden kanssa ja muodostaa rikkihappoa, ja huokoista lyijy? olevasta levyst? tulee positiivisesti varautunut ja lyijydioksidia olevasta levyst? negatiivinen. T?ll?in my?s elektronit alkavat virrata p?invastaiseen suuntaan. Rikkihapon osuus elektrolyytist? kasvaa ja on lopulta 35 prosenttia.
Akku on siis laite, johon voi varastoida s?hk?virtaa. Sen toiminta perustuu aineen atomien ominaisuuksiin ja niiden hy?dynt?miseen kemiallisin reaktioin. Akussa oleva s?hk?virta on kuitenkin moniulotteinen ilmi?, johon liittyy useita k?sitteit? ja yksik?it?. N?ilt? merkinn?ilt? ei voi v?ltty? esimerkiksi k?ynnistett?ess? ajoneuvoa apuvirralla tai ostettaessa uutta polttimoa ajovaloon.
VirtapiiriS?hk?virta voi kulkea ainoastaan virtapiiriss?. Akussakaan elektronit eiv?t p??se kulkemaan negatiivisesta navasta positiiviseen ilman virtapiiri?. Kun akku asennetaan vaikkapa autoon, se kytket??n osaksi useita erilaisia auton sis?ll? olevia virtapiirej?. Ne ovat ulkoisia virtapiirej?, kun taas akussa esimerkiksi kennot toisiinsa yhdist?v?t liuskat ovat osa sis?ist? virtapiiri?. Kun akun navat ovat yhteyksiss? toisiinsa ja elektronit alkavat kulkea, virtapiiri on suljettu.
Suljetun virtapiirin vastakohta on avoin virtapiiri. Toisin sanoen elektronien kulku katkeaa jossakin kohdassa. T?llainen kohta voi olla esimerkiksi katkennut johto, off-asennossa oleva katkaisija tai hapettumien peitt?m? liitoskohta – eli kyseess? voi olla tahallinen tai tahaton kohta. Joka tapauksessa koska autossa on useita virtapiirej?, voi toisaalla kulkea s?hk? ja toisaalla ei. Esimerkiksi kun virta-avain on pois virtalukosta, on virtapiiri avoin, ja akusta ei kulje virtaa mihink??n. Kun virta-avaimen asettaa ja siit? k??nt?? virrat p??lle, onkin vaikkapa radion, ajovalojen ja ilmastointilaitteen virtapiiri suljettu mutta pitkien valojen ja takalasin l?mmittimen virtapiirit ovat avoimet.
J?nniteItse sanan j?nnite asu paljastaa paljon sanan merkityksest?. Ajatellaan taas negatiivisesti varautunutta levy? ja positiivisesti varautunutta levy? akun kennossa. Niiden v?liss? vallitsee j?nnite: toisessa levyss? on niin tajuttoman suuri elektronien vaje, ett? toisessa levyss? olevien ylim??r?isten elektronien tekisi mieli sinne siirty?. J?nnite voidaan my?s m??ritt?? kahden pisteen potentiaalien v?liseksi eroksi, mutta edelleen on kyse varausten erosta eli elektronien m??r?n erosta. Paras m??ritelm? lienee kuitenkin seuraava: j?nnitteen teht?v? on saada s?hk?virta kulkemaan. Jos siis kahden pisteen elektronien m??r? on tasan, ei elektronejakaan ala liikkua mihink??n.
J?nnitteen yksikk? on voltti eli V ja tunnus U. Akun yhden kennon j?nnite on noin 2 volttia. Koska akussa on kuusi kennoa, on akun j?nnite kokonaisuudessaan 12 volttia. Sen suuruinen j?nnite vallitsee plus- ja miinusnavan v?lill?.
S?hk?virtaMoneen kertaan on jo todettukin, ett? s?hk?virta on elektronien liikett? niiden pyrkiess? tasoittamaan varausten v?linen ero eli j?nnite. Kahden pisteen v?lill? elektronit eiv?t kuitenkaan liid? yksi kerrallaan jossain putkessa, vaan ne itse asiassa vain sys??v?t toisiaan atomista toiseen. Sys?ys etenee noin 200 000 kilometri? tunnissa. Jos virtapiiri on avoin – siis yhteys katkeaa – ei s?hk?virtaakaan kulje.
Edellisen perusteella voidaankin sanoa, ett? suljetussa virtapiiriss? on sek? j?nnite ett? sen aikaansaama virta, mutta avoimessa virtapiiriss? on vain j?nnite. S?hk?virran yksikk? on ampeeri eli A ja tunnus on I.
Resistiivisyys ja resistanssiS?hk?tekniikassa aineet jaetaan s?hk?njohtokyvyn mukaan kolmeen ryhm??n: johteisiin, puolijohteisiin ja eristeisiin. Kaikki aineet eiv?t johda s?hk??, koska niiden elektronit eiv?t p??se liikkumaan atomista. T?llaisia aineita kutsutaan eristeiksi ja niit? ovat esimerkiksi kumi, jotkin muovit, posliini ja puhdas vesi. Esimerkiksi s?hk?johtojen kuori on juurikin t?st? syyst? kumia tai jotain muoviseosta. Vastaavasti johtavissa aineissa elektronit p??sev?t liikkumaan, jolloin s?hk?virran kulku on mahdollista. Monet metallit johtavat s?hk??, ja s?hk?johdoissa k?ytet??n yleisimmin kuparia, alumiinia, rautaa, hopeaa, kultaa, lyijy? sek? tinaa. Puolijohteet taas ovat s?hk?njohteina edellisi? huonompia ja niit? k?ytet??nkin l?hinn? elektroniikan komponenttien raaka-aineina.
Eristeelle on ominaista kyky vastustaa s?hk?virran kulkua. Toisin sanoen sill? on suuri resistiivisyys. Kuitenkin my?s s?hk?? johtavilla aineilla on jonkin verran resistiivisyytt?. Se vastustaakin hieman s?hk?n kulkua. Samoin s?hk?n kulkua vastustavat johtavan aineen pieni poikkipinta-ala, korkea l?mp?tila sek? suuri massa suhteessa tilavuuteen. N?m? kaikki ovat muuttuvia tekij?it?.
Johtavan aineen kyky? vastustaa s?hk?virran kulkua kutsutaan resistanssiksi. Resistanssin yksikk? on ohmi eli Ω ja tunnus R. Resistanssilla on yhteys s?hk?virtaan sek? j?nnitteeseen: jos s?hk?? johtavan aineen resistanssi on tasan yksi, saa yhden voltin suuruinen j?nnite yhden ampeerin suuruisen virran kulkemaan aineessa. T?m? onkin seuraavan k?sitelt?v?n aiheen, Ohmin lain, m??ritelm?.
Ohmin lakiJ?nnitteen, virran ja resistanssin v?list? suhdetta t?ytyy tarkastella enemm?n. Kyseess? on nimitt?in yksi t?rkeimmist? s?hk??n liittyvist? asioista. Onhan ajoneuvon akussakin tietty j?nnite, virtapiiriss? kulkee tietty virta ja virtapiirin osilla on tietty resistanssi. Jos esimerkiksi yhden virtapiirin osan resistanssi kasvaa mutta j?nnite pysyy samana, pienenee virtapiiriss? kulkeva s?hk?virta. Kaikki mahdolliset resistanssin, j?nnitteen ja s?hk?virran v?liset vaikutukset voi laskea Ohmin lakina tunnetulla kaavalla:
OikosulkuOikosulusta monelle luultavasti tulee mieleen vaikkapa akun napojen yhdist?minen kiintoavaimella tai valaisimen plusjohtimen maadoittuminen ennen valaisinta. Oikeaoppisesti oikosulku tarkoittaa tilannetta, jossa virtapiirin virran kasvua rajoittaa vain sen johtimien resistanssi.
Otetaan esimerkiksi 20 senttimetrin p?tk? kuparijohtoa, jonka poikkipinta-ala on 2,5 mm². T?llaisen johtimen resistanssiksi saadaan er??ll? laskukaavalla 0,001344 Ω l?mp?tilassa 20 celsiusta. Kuinka suuri virta johtimessa kulkisi, jos se kytkett?isiin auton akun plus- ja miinusnapojen v?lille?
Ohmin laki kertoo:
L?hes 9 000 ampeerin s?hk?virta sytytt?isi johtimen ymp?rill? olevan eristeen palamaan ja saisi johtimen punahehkuiseksi varsin pian. Lis?ksi akku alkaisi kuumeta nopeasti. T?ll?in sen kotelo voisi sulaa puhki, jolloin rikkihappo p??sisi vuotamaan ulos. Todellisuudessa normaali henkil?auton akku ei kuitenkaan kykenisi sy?tt?m??n oikosulussa noin suurta virtaa kuin sekunnin murto-osia, mik? johtuu ajoneuvoakun pienest? s?hk?nvarauskyvyst?.
S?hk?ty? ja -tehoS?hk? tekee ty?t? py?ritt?ess??n k?ynnistysmoottoria tai l?mmitt?ess??n vastusta. S?hk?n tekem? ty? on sit? suurempaa, mit? suurempi s?hk?virta tai j?nnite on. Ty? my?s kasvaa sit? suuremmaksi, mit? kauemmin aikaa s?hk?virta kulkee. S?hk?ty?n yksikk? on wattisekunti eli Ws ja tunnus W. S?hk?ty? on j?nnitteen, virran ja ajan tulo:
S?hk?n tehoa voi ajatella s?hk?n tehokkuudeksi. Mit? suuremman ty?n s?hk? tekee mit? lyhyemm?ss? ajassa, sit? tehokkaampaa s?hk? on. S?hk?teho lasketaankin jakamalla s?hk?ty?n m??r? siihen k?ytetyll? ajalla:
S?hk?ty?n tunnus W voidaan korvata j?nnitteen, virran ja ajan tulolla, jolloin ajan tunnus t supistuu pois:
N?inp? s?hk?n teho onkin yksinkertaisesti j?nnite kertaa virta:
T?m? kaava on Ohmin lain kanssa k?tev? m??ritelt?ess? esimerkiksi lis?valojen s?hk?virran tarvetta sek? esimerkiksi valoille tulevien s?hk?johtojen oikeaa poikkipinta-alaa tai sulakkeen suuruutta.
Kytkeminen sarjaan ja rinnakkainS?hk?virran l?hteill? sek? s?hk?? kuluttavilla laitteilla, esimerkiksi polttimoilla, on aina plus- ja miinusmerkkinen kohta. N?inp? useita s?hk?virran l?hteit? voi kytke? kesken??n eri tavalla samoin kuin s?hk?virtaa kuluttavia laitteita. Jos samanmerkkiset kohdat yhdistet??n toisiinsa, on kyse rinnakkain kytkemisest?. Jos taas erimerkkiset kohdat yhdistet??n toisiinsa, kyse on sarjaan kytkemisest?.
S?hk?n l?hteit? yhdistet??n toisiinsa, jotta saataisiin tietynlainen kokonaisvaikutus. Kuorma-auton s?hk?j?rjestelm?n j?nnite on 24 volttia. J?nnitett? ei kuitenkaan oteta yhdest? 24 voltin akusta, koska t?llainen akku olisi turhan raskas. Sen sijaan kuorma-autossa on kaksi 12 voltin akkua, ja ne on kytketty sarjaan. Kytkett?ess? akkuja sarjaan kokonaisj?nnite on yksitt?isten akkujen j?nnitteen summa.
Akkujen j?nnitteiden on kuitenkin oltava yht? suuret. Jos sarjaan kytket??n j?nnitteelt??n 11,2 voltin akku sek? 12,2 voltin akku, alkaa 12,2 voltin akku purkaa j?nnitett? toiseen akkuun, kunnes j?nnitteet ovat yht? suuret eli 11,7 volttia. T?ll?in kokonaisj?nnitteeksi tulee 23,4 volttia. Kun j?nnitteelt??n erilaiset akut kytket??n sarjaan, on kyse vastakytkenn?st?.
Kytkett?ess? akkuja rinnakkain niiden kokonaisj?nnite on yht? suuri kuin yksitt?isen akun j?nnite. Sen sijaan varaus on yksitt?isten akkujen varausten summa. Kun toisen ajoneuvon akusta annetaan virtaa k?ynnistykseen, kytket??n akut rinnakkain.
S?hk?? kuluttavien laitteiden osalta sarjaan ja rinnakkain kytkemisell? on erilaiset vaikutukset. Oheisessa kuvassa ylemm?t valot ovat sarjaan kytkettyin? ja alemmat rinnakkain. Sarjaan kytkettyjen valojen resistanssi on suuri, sill? se on yksitt?isten valojen resistanssin summa. S?hk?virran m??r? on riippuvainen resistanssista, ja virta j?? hyvin pieneksi, 1,15 ampeeriin. Lis?ksi j?nnite laskee jokaisen valon kohdalla 3 volttiin. Kun yksitt?isen valon teho on tavanomainen 55 wattia, saa se 1,15 ampeerin virralla ja 3 voltin j?nnitteell? noin 6 prosenttia suurimmasta mahdollisesta tehosta. N?m? valot eiv?t siis palaisi kovin kirkkaasti.
Kun valot ovat rinnakkain kytkettyin?, niiden resistanssi j?? pienemm?ksi kuin valojen resistansseista pienin. Rinnakkain kytkettyjen valojen resistanssi on reilu 6 prosenttia sarjaan kytkettyjen valojen resistanssista. S?hk?virrankaan m??r? ei en?? ole riippuvainen resistanssista, vaan jokainen valo saa t?yteen tehom??r??n tarvitsemansa virran, 4,58 ampeeria. Virtapiiriss? olevan virran kokonaism??r? on valojen virtam??r?n summa eli 18,33 ampeeria.
Akku on vaarallinen, jos sit? ei osaa k?ytt?? oikein. Jopa akun l?heisyydess? ty?skenteleminen on vaarallista, jos v?hint??n akun plusnapa ei ole peitetty erist?v?ll? suojalla. Erityisesti akun navan parissa ty?skennelt?ess? on muistettava, ett? mik??n s?hk?? johtava materiaali ei saa koskettaa yht? aikaa akun plusnapaa sek? miinusnapaa tai mit??n maadoitettua kohtaa ajoneuvossa.
Ajoneuvojen akut ovat yh? useammin huoltovapaita eli joko lasivilla-akkuja tai geeliakkuja. Huoltovapaisiin akkuihin ei tarvitse lis?t? vett?, ja niit? voidaan my?s k?ytt?? hieman monipuolisemmin kuin vanhanaikaisia akkuja. Ne voidaan esimerkiksi asentaa kallelleen tai yl?salaisin; joskin se ei ole t?ysin suositeltavaa. Huoltovapaiden akkujen elektrolyytti ei ole samalla tavalla nestem?isess? muodossa kuin vanhanaikaisissa akuissa. Geeliakuissa se on geelim?ist?, ja lasivilla-akuissa se on imeytetty lyijylevyjen v?liss? oleviin lasivillalevyihin. Tietyn kemiallisen reaktion ansiosta vett? ei p??se poistumaan elektrolyytist?, ja siksi huoltovapaisiin akkuihin ei tarvitse lis?t? vett?.
Vanhanaikaisia akkujakin on viel? varsinkin vanhoissa ajoneuvoissa. T?llaisen akun tunnistaa parhaiten sen kannessa olevista korkein suljetuista t?ytt?aukoista. Elektrolyytti on t?ysin nestem?isess? muodossa, ja siksi akkua on k?sitelt?v? erityisen varovasti. Vanhanaikainen akku ei tosiaan ole my?sk??n huoltovapaa, koska sen elektrolyytin tasoa on tarkkailtava ja tarvittaessa sen sis??n on lis?tt?v? tislattua vett?. Tosin mik??n akku ei ole sataprosenttisen huoleton, kuten selvi?? seuraavassa kappaleessa.
Akun kuntoAkun kuntoa on syyt? aika ajoin tarkkailla, ja t?m? koskee my?s huoltovapaita akkuja. Mink? tahansa akun on oltava tukevasti kiinni ajoneuvossa. Kaapeleiden on oltava kiinni navoissa tiukasti. Navan, kaapeleiden kenkien ja itse kaapeleidenkin on oltava puhtaat, jotta ajoneuvon s?hk?j?rjestelm?st? ei h?vi?isi j?nnitett?. Kuuma vesi on usein riitt?v? v?line hapettumien poistamiseksi. Puhdistettuihin napoihin ja kaapeleiden osiin on lis?tt?v? korroosiolta suojaavaa ainetta.
Jos akku ei ole huoltovapaa, sen elektrolyytin m??r?? on seurattava. Normaaleissa akun reaktioissa vett? haihtuu v?ist?m?tt? ajan kuluessa. Elektrolyytin pinnan tulee olla korkeammalla kuin levyjen yl?reuna. Pinnan korkeuden seuraamiseksi akussa voi olla my?s erillinen ilmaisin. Jos elektrolyytin pinta on liian alhaalla, akkuun on lis?tt?v? tislattua vett?. Hanavett? ei saa miss??n nimess? lis?t?, koska siin? olevat suolot aiheuttavat nopeampaa akun tyhjenemist? itsest??n.
Akun sis?ist? kuntoa, eli k?yt?nn?ss? kuinka akku toimii s?hk?virran varastona, on hankala m??ritt?? t?ysin luotettavasti. Itse asiassa mit??n vedenpit?v?? keinoa ei toistaiseksi edes tiedet?. Jos akku esimerkiksi alkaa olla monta kertaa tyhj?, vaikka ajoneuvon k?ytt? ei ole muuttunut, on syyt? ep?ill? vikaa akussa. Akun kuntoa voi kartoittaa tekem?lle akulle kuormituskokeen. Siin? akusta otetaan 20 asteen l?mp?tilassa 15 sekunnin ajan yht? suurta virtaa kuin akun ampeerituntien lukum??r? on kolminkertaisena. Virran ottamisen aikana akun j?nnite ei saisi laskea alle 9,6 volttiin.
Akun kapasiteetti ja varausAkun kapasiteetti kuvaa akun suuruutta. Se ilmoitetaan ampeeritunteina. Akku voi siis antaa 1 ampeerin verran virtaa kapasiteetissa ilmoitetun tuntien m??r?n ajan. Jos akusta otetaan enemm?n virtaa, laskee tietysti tuntien m??r? eli s?hk?virran riitt?vyys. 50 ampeerintunnin eli Ah:n akku voi tarjota 50 ampeeria tunnin ajan. Kapasiteetti kasvaa l?mp?tilan noustessa yli noin 25 celsiusasteen ja laskee l?mp?tilan laskiessa 25:n alle.
Akun varaus tarkoittaa akkuun varastoituneena olevaa s?hk?virtaa. Sit? ei voi ilmaista tiettyn? yksikk?jen m??r?n?, esimerkiksi ampeerien m??r?n?, vaan varaus on usein suhteellinen osuus kapasiteetista. Esimerkiksi jos akun j?nnite laskee 12,0 volttiin, voidaan varauksen sanoa olevan noin 40 prosenttia t?ydest? varauksesta.
Akku tietysti purkaantuu, eli sen varaus laskee, aina silloin, kun se on suljetussa virtapiiriss?. Tosin akku purkaantuu my?s silloin, kun se on avoimessa virtapiiriss? ja jopa kun sen napoihin ei ole kytketty mit??n. Kuormittamattoman akun varaus laskee suunnilleen 1 prosentin kuukaudessa. Jos l?mp?tila on korkea tai jos vaikkapa akun navoissa on paljon likaa, voi purkaantuminen olla nopeampaa.
Akun j?nnite muuttuu s?hk?virran huvetessa akusta, mutta loppujen lopuksi muutos ei ole iso. Jos t?yteen kapasiteettiin ladatun akun navoilta mitattu j?nnite on 12,7 volttia, akun ollessa t?ysin tyhj? sama j?nnite on hieman yli 11 volttia. Erilaisten varausten mukaisia j?nnitteit? ei voine silti niin yleisp?tev?sti listata, ett? navoilta mitatun j?nnitteen pohjalta voisi todeta akun varausta. Karkeasti voinee kuitenkin sanoa, ett? 12-volttisessa akussa alle 12 voltin j?nnite on merkki liian pienest? varauksesta.
J?nnitteen mittaaminenAkun j?nnitteen voi mitata yleismittarilla, ja j?nnitteest? voi tulkita jotain akun kunnosta.
J?nnitett? mitattaessa mittarin miinusjohto kiinnitet??n COM-paikkaan ja punainen V:ll? merkittyyn paikkaan. Valitsimella valitaan tasaj?nnitteen alue, jonka merkint? on esimerkiksi V–. Alueelta valitaan enimm?isj?nnite sen mukaan, mik? mitattavan kohteen j?nnite on. Jos siit? ei ole varma, on paras valita liian iso j?nnite kuin liian pieni.
Yleismittari n?ytt?? j?nnitteen, kun mittapiikeill? koskettaa akun plus- ja miinusnapoja. Miinuspiikin ei v?ltt?m?tt? tarvitse olla navassa kiinni, vaan se voi olla miss? tahansa maadoittuvassa eli miinusnapaan virtaa johtavassa auton osassa.
Akun lataaminenAjoneuvon ollessa k?ynniss? laturi lataa akkua. Joskus akku voi kuitenkin p??st? purkaantumaan niin paljon, ett? sen virta ei riit? ajoneuvon k?ynnist?miseen. T?ll?in akkua voi ladata verkkovirtaan kytkett?v?ll? ulkoisella laturilla. Latureissa on eroa muun muassa niiden nopeudessa sek? erilaisissa s??timiss? ja valvontaj?rjestelmiss?.
Ladattaessa akkua ulkoisella laturilla on syyt? huomioida seuraavat asiat:
Jos akku on p??ssyt tyhjenem??n sellaisessa paikassa tai tilanteessa, ett? ulkoisen laturin k?ytt?minen ei ole mahdollista, voidaan virtaa ottaa toisen ajoneuvon akusta. T?ll?in puhutaan kaapeleilla tai apuvirralla k?ynnist?misest?. Tyhjentynyt akku ja auttava akku kytket??n rinnakkain, jolloin k?ytett?viss? on molempien akkujen varausten summa.
Seuraavissa ohjeissa hyytynyt auto on se auto, jonka akku on tyhjentynyt. Vastaavasti auttava auto on auto, jonka akusta apuvirta otetaan.
1. Varmista sek? hyytyneen ett? auttavan auton ohjekirjasta, ett? apuvirralla k?ynnist?minen on sallittua. Auton valmistaja on saattanut kielt?? apuvirralla k?ynnist?misen siksi, ett? toimenpiteest? mahdollisesti aiheutuvat lyhytkestoiset korkeat j?nnitteet eiv?t vaurioita auton s?hk?j?rjestelm??.
2. Aja auttava auto hyytyneen auton viereen niin, ett? autojen akut ovat mahdollisimman l?hell? toisiaan.
3. Varmuuden vuoksi k??nn? kummankin auton virta-avain nolla-asentoon.
4. Kytke pluskaapelin toinen p?? auttavan auton akun plusnapaan ja sen j?lkeen toinen p?? hyytyneen auton akun plusnapaan.
5. Kytke miinuskaapelin toinen p?? auttavan auton akun miinusnapaan ja sen j?lkeen toinen p?? hyytyneeseen autoon hyvin maadoitettuun kohtaan. Sellainen kohta on esimerkiksi sama kohta kuin johon jokin auton omista kaapeleista on maatettu. ?l? kuitenkaan kytke johtoa hyytyneen auton akun miinusnapaan, koska navan l?hell? voi olla akusta purkaantuvaa, herk?sti r?j?ht?v?? kaasua.
6. K?ynnist? auttava auto ja j?t? se k?yntiin. Kierrosluku kannattaa pit?? 1 500:ss?. Sen j?lkeen k?ynnist? hyytynyt auto ja j?t? se k?yntiin.
7. Irrota kaapelit tarkalleen p?invastaisessa j?rjestyksess? eli maadoitettuun kohtaan kiinnitetty miinuskaapelin p??, sitten saman kaapelin toinen p??, hyytyneen auton akkuun kiinnitetty pluskaapeli ja lopuksi saman kaapelin toinen p??.
apks.fi Youtubessa
Tilaa RSS-sy�te