Pelkkä liitoksen “puristaminen” muutti kaiken!? Miksi jännitekokeessa saatiin uskomattoman täydellistä dataa (Jännitteen ominaisuudet)
Täällä tiedevalmentaja Kuwako Ken. Jokainen päivä on täynnä kokeita.
Sähköä ei voi nähdä, mutta jo pelkkä kytkentätavan muuttaminen saa sen käyttäytymään täysin eri tavalla. Kytketäänkö vastukset sarjaan vai rinnan? Vain sillä on valtava vaikutus siihen, miten jännite jakautuu. Tällä kertaa teimme näkyväksi juuri tämän “säännönmukaisuuden” kokeellisten mittausten avulla. Tulokset olivat niin hämmästyttävän siistejä, että tunnilla pääsi spontaani huudahdus: “Miten kaunista dataa!” Oppilaat puolestaan tuijottivat lähinnä hiljaa.
Aloitetaan lämmittelyllä – digitaalisen volttimittarin käyttö haltuun
Ennen varsinaista aihetta kertasimme digitaalisen volttimittarin käyttöä. Rakensimme piirin käyttäen yhtä 20 ohmin vastusta ja 3 voltin virtalähdettä ja mittasimme sekä vastuksen yli olevan jännitteen että virtalähteen jännitteen. Joillakin ryhmillä lukemat osuivat täydellisesti yhteen, kun taas toisilla näkyi pieniä eroja.
Sitten kokeilimme yhtä yllättävän tehokasta niksiä: piirin liitoskohtia puristettiin kevyesti sormilla. Ja kas kummaa – mittausarvot alkoivat yhtäkkiä lähestyä toisiaan kaikilla ryhmillä. Tästä paljastuu yksi sähköopin tärkeistä opetuksista: huono kosketus aiheuttaa helposti mittausvirheitä. Vaikka johdon ja liittimen välissä olisi vain mikroskooppisen pieni rako, siihen syntyy ylimääräistä kontaktivastusta, joka vääristää jännitemittausta.
Kun liitosta puristaa, kosketuspinta kasvaa ja vastus pienenee. Yksinkertaista, mutta erittäin tärkeää. Kokemuksen perusteella kokosimme oppilaiden kanssa listan asioista, jotka pitää aina tarkistaa ennen mittauksia.
・Kun piiri on rakennettu, tarkista liitokset ennen mittaamista
・Rakennetaan ensin koko mitattava piiri valmiiksi ja mitataan vasta sitten jännitteet yksi kerrallaan
・Yksi volttimittari per ryhmä – mittaukset tehdään rauhassa ja huolellisesti
Ensin hypoteesi, sitten koe – tällä kertaa ennuste tehtiin kaavoilla
Päivän varsinainen aihe oli sarja- ja rinnankytkentöjen jännitteen käyttäytyminen. Ennen mittauksia jokainen ryhmä teki oman hypoteesinsa. Tällä kertaa niitä ei jaettu koko luokan kanssa, vaan ainoastaan ryhmän sisällä. Lisäksi oppilaiden piti ilmaista ennusteensa pelkän arvailun sijaan matemaattisena kaavana.
Esimerkiksi tyyliin “V₁ + V₂ = V”. Kun ennuste kirjoitetaan symboleilla ja kaavoilla, sitä on paljon helpompi verrata kokeen tuloksiin. Käytössä oli kaksi vastusta: 10 ohmia ja 20 ohmia. Ja sitten kokeet käyntiin.
Sarjakytkennän tulokset – yhteenlasku osui täydellisesti!
Kaikkien luokkien mittaustulokset kerättiin samaan taulukkoon, johon oppilaat kirjautuivat syöttämään omat lukunsa. Tarkoitus oli saada näkyviin yhden kokeen sijaan kahdeksan eri ryhmän data, jotta säännönmukaisuudet erottuisivat selvemmin. Ja todella erottuivathan ne.
Vastus a:n jännite + vastus b:n jännite = virtalähteen jännite
Tämä yhteys näkyi kirkkaasti jokaisen ryhmän tuloksissa. Sarjakytkennässä jännite jakautuu vastusten suhteessa. Koska 10 ohmin ja 20 ohmin suhde on 1:2, myös jännitteen pitäisi jakautua suhteessa 1:2. Mittaukset vastasivat ennustetta lähes täydellisesti.
Sähköenergia “kuluu” vähitellen matkalla piirin läpi. Virtalähteen antama energia pienenee vastus vastukselta, kunnes sitä ei ole enää jäljellä ja virta palaa takaisin lähtöpisteeseen. Juuri tältä sarjakytkennän jännite näyttää.
Rinnankytkennän tulokset – kaikki samat! Tässä piilee rinnankytkennän idea
Seuraavaksi tarkastelimme rinnankytkentää. Myös tässä tulokset olivat poikkeuksellisen siistejä. Virtalähteen jännite, vastus a:n jännite ja vastus b:n jännite olivat lähes täsmälleen samat.
Rinnankytkennässä jokainen vastus on ikään kuin suoraan kiinni virtalähteessä. Siksi kaikki saavat saman jännitteen. Tämä näkyy myös arkielämässä: kodin pistorasiat toimivat juuri tällä periaatteella. Televisio, jääkaappi ja valaisin käyttävät kaikki samaa 100 voltin jännitettä. Se onnistuu, koska ne on kytketty rinnan.
Miksi tällä kertaa saatiin näin uskomattoman siistiä dataa?
Tämä koe ei yleensä ole näin helppo. Usein tulokset hajovat sen verran, että säännön löytäminen on vaikeaa. Tässä esimerkiksi vanhempi rinnankytkentäkokeen tulos:
Tuloksissa näkyy melkoista hajontaa, eikä ilmiön perusidea erotu kovin helposti. Tällä kertaa data oli kuitenkin selkeämpää kuin koskaan aiemmin. Mahdollisia syitä löytyi kaksi.
Ensimmäinen oli se, että oppilaille painotettiin liitosten puristamisen tärkeyttä. Se vähensi kontaktivastusta ja teki mittauksista vakaampia.
Toinen syy oli uusien johtojen käyttöönotto. Pitkään käytetyissä johdoissa voi olla lähes katkenneita kohtia tai kuluneita eristeitä, jotka tekevät kosketuksesta epävakaan.
Koe muistutti jälleen siitä, kuinka paljon mittausten tarkkuus riippuu välineiden kunnosta.
Lähteet ja lisämateriaali
・Tässä on kokeessa käytetty taulukko. Käyttöoikeus on vain katseluun, joten tee oma kopio ennen käyttöä.
・Aiemmat kokeet löytyvät täältä.
Sarjakytkentä
Rinnankytkentä
・Aiemmat tunnit ja projektin eteneminen
- Lyijykynäpiiri 1. tunti
- Piirikaavion piirtäminen 2. tunti
- Ampeerimittarin käyttö 3. tunti
- Mitä tapahtuu virralle lampun eri puolilla? 4. tunti
- Virran säännönmukaisuudet Sarja- ja rinnankytkentä 5. tunti
- Analogisesta digitaaliseen volttimittariin 6. tunti
Yhteystiedot ja yhteistyöpyynnöt
Tuodaan tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäs arkea! Sivustolta löytyy helposti toteutettavia kotikokeita ja selkeitä vinkkejä niiden tekemiseen. Kannattaa tutkia lisää!
・Tiedeaiheisista jutuista on julkaistu myös kirja. Lisätietoa täältä
・Lisää tietoa ylläpitäjä Kuwako Kenistä löytyy täältä
・Erilaiset yhteistyöpyynnöt (kirjoitukset, luennot, tiedekerhot, TV-valvonta ja esiintymiset) täältä
・Uusimmat artikkelipäivitykset löytyvät X:stä!
Tiedekanavalla julkaistaan kokeisiin liittyviä videoita!
５月のイチオシ実験！
キーンと冷えるドライアイス！気温が上がってくるこの時期・ドライアイスを使った昇華・凝結・等速度直線運動の実験はいかが？
液体ゼロ！ドライアイスが消えるまでの３時間を科学する（昇華・凝結・等速度直線運動）
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- 4月30日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ）の科学監修を担当しました。
- 5月8日（金）理科教育ニュースを担当しました。
- 6月14日（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
- 6月26日（金） 千葉大学の公開研究会（中学理科について授業公開予定）
- 7月18日（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。
書籍のお知らせ
- 『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。
各種SNS（更新情報をお届け！）
X(Twitter)／instagram／Facebook（日本語）
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。
