Näetkö sähkön “korkeuden”!? Opi Kirchhoffin lait 3D:n avulla (Lukion fysiikka)
Tervehdys! Olen fysiikan valmentaja Ken Kuwako. Jokainen päivä on uusi kokeilu.
Mitä sinulle tulee mieleen sanasta ”virtapiiri”? Monet saattavat ajatella: ”Siellä virtaa näkymätöntä sähköä, kuulostaa monimutkaiselta…” Erityisesti lukiofysiikassa vastaan tuleva Kirchhoffin toinen laki on kohta, jossa eksyy helposti, jos tuijottaa vain pelkkiä kaavoja.
Oikeastaan sähkön maailmassa on olemassa käsite nimeltä ”korkeus” (potentiaali). Aivan kuten vuorikiipeilyssä tai vaelluksella, piirin toiminta muuttuu kertaheitolla mielenkiintoiseksi, kun ymmärtää, missä on ”ylämäki” ja missä ”alamäki”. Tällä kertaa esittelen upean simulaation, joka tekee tästä näkymättömästä sähkön korkeuserosta kolmiulotteisen – aivan kuin pelaisi peliä.
Heitä ennakkoasenteet romukoppaan ja näe piiri uusin silmin
Kun ratkot Kirchhoffin toista lakia, ajatteletko mekaanisesti, että ”paristo nostaa potentiaalia” ja ”vastus laskee sitä”? Itse asiassa se ei mene aivan niin. Se, nouseeko vai laskeeko potentiaali, riippuu siitä, mihin suuntaan kuljet valitsemaasi reittiä pitkin. Samalla tavalla kuin vastavirtaan käveleminen on ylämäkeä, virtapiirin tarkastelu muuttuu sen mukaan, mistä kulmasta sitä katsoo.
Tämän ”sähköisen korkeuden” visuaaliseen ymmärtämiseen potentiaalikaavio on korvaamaton apuväline. Löysin ”Lukion fysiikan opetusmateriaalit” -sivustolta simulaation, joka visualisoi nämä kaaviot hätkähdyttävän aidosti. Haluan jakaa sen parhaat palat kanssanne.
Virtapiiri herää eloon! Hämmästyttävä 3D-simulaatio
Kun menet tälle sivulle, näet aluksi tutun, tasossa olevan virtapiirimallin.
Kun napsautat kytkimen päälle, pienet sähköhiukkaset (varaukset) alkavat vilistää pitkin johtoja. Jo tämä on hauskaa seurattavaa, mutta varsinainen juttu alkaa nyt. Kokeile painaa näytön ”3D”-painiketta.
Katso! Virtapiiri ponnahtaa pystyyn ja muuttuu kolmiulotteiseksi malliksi!
Näet selvästi, kuinka paristo ”nostaa” hiukkaset ylös ja kuinka ne liukuvat alas vastuksen kohdalla kuin liukumäessä. ”Korkea ja matala potentiaali” on esitetty kirjaimellisesti korkeutena.
Sarja- ja rinnankytkentä – erot energian käytössä
Simulaatiossa voit myös vaihtaa kytkennän ”rinnankytkennäksi”.
Kiinnitä erityistä huomiota hiukkasten liikenopeuteen. Näet yhdellä silmäyksellä, miten virran voimakkuus muuttuu sarja- ja rinnankytkennän välillä. Miten koko piirin vastuksen muuttuminen vaikuttaa siihen, kuinka vauhdikkaasti sähkö virtaa? Toteutus on erittäin tarkka, ja siinä näkyy tekijän intohimo auttaa ymmärtämään fysiikan ilmiöitä intuitiivisesti.
Työkalua voi pyöritellä hiirellä ja tarkastella eri kulmista. Kun katsot piiriä suoraan ylhäältä tai tarkkailet mäkien jyrkkyyttä sivusta, huomaat pian, että Kirchhoffin laki ei ole enää pelkkä kaava, vaan maisema, joka piirtyy mieleesi.
Kannattaa ehdottomasti kokeilla tätä sähköistä vuorikiipeilyä itse!
Yhteystiedot ja tiedustelut
Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäs arkeasi! Olen koonnut sivuilleni vinkkejä ja ohjeita hauskoihin kotikokeiluihin. Käy tutustumassa!
”Tieteen muistikirja” on nyt myös kirjana. Lue lisää täältä.
Lisätietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta löydät täältä.
Yhteistyöpyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi jne.) täältä.
– Seuraa päivityksiä X-palvelussa!
Tieteen niksikanavalla julkaistaan koevideoita!
４月のイチオシ実験！
- 光の魔法CMYウォーターキューブ：光の魔法を体験せよ！水を注ぐと新たな立方体が出現する魔法のような実験です。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 4月9日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ ）の科学監修を行いました。夜7時〜となります。
書籍のお知らせ
- サクセス15 ４月号にて、野球の科学について記事を執筆しました（2026/3）
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師・ショー・研究等のお知らせ
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表しました。
- 6/14（日） 千葉大学インスタレーション「探究」にて講師を務めます
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
- Näetkö sähkön “korkeuden”!? Opi Kirchhoffin lait 3D:n avulla (Lukion fysiikka)
- Hallitse fysiikan vaikea aihe: spiraaliliike! Astu oppikirjan ulkopuolelle 3D-graafien avulla (Grapher & GeoGebra)
- Tee opetuksesta uusi kokemus! Helppo ja selkeä mitoosin havainnointiohje safraniiniliuoksella
- Vihreä maailmankaikkeus mikroskoopissa! Tutki eläviä soluja vesiruton avulla
- Omenan pohjassa piilee “kukan muisto”. Ovatko mansikka ja omena molemmat “huijareita”? Yllättävä totuus siitä, mitä oikeasti syömme
- Sukella mikroskoopin pieneen universumiin! Opas biotoopista löytyvien “liikkuvien taideteosten” havainnointiin
- Paljasta äänen todellinen olemus! Koe aaltojen tiede ja visualisoinnin taika GeoGebran avulla
- Voiko läpinäkyvä putki paljastaa taian? Näe energian säilymisen laki omin silmin! (Sopii myös putoamiskiihtyvyyden mittaamiseen!)
- Etkö pidä kaavoista, mutta voisit rakastua fysiikkaan? Kurkista 3D-sähkökenttäviivojen maailmaan GeoGebralla (pistevaraukset ja sähkökenttä)
