Transcript Elektromos áram, áramkör, ellenállás

Elektromos áram, áramkör, ellenállás
Az anyagok szerkezete
Az anyagokat atomok, molekulák építik fel, ezekben negatív
elektromos állapotú elektronok és pozitív elektromos állapotú
protonok vannak. Az atomokban ezek száma azonos, így az
atom semleges. Ha elektron többlet vagy hiány alakul ki,
akkor az atomból ion lesz, amely így + vagy – lesz.
Az a test vagy tárgy, amelyben az elektronok és protonok
száma azonos, az semleges. Az a test vagy tárgy, amelyben
elektrontöbblet van, az – töltésű, amelyben elektronhiány van,
az + töltésű. Az azonos töltésűek ( + + vagy – – ) taszítják
egymást, a különböző töltésűek ( + – ) vonzzák egymást.
A töltés jele: Q, mértékegysége: C (Coulomb)
 A fémekben az elektronok könnyen el tudnak
mozdulni, áramlani képesek a fémben.
Áram: Az elektromos töltések egyirányú, rendezett mozgását,
áramlását, elektromos áramnak nevezzük.

(A fémekben az elektronok áramlanak, oldatokban az oldott ionok.)

Az áram jele: I mértékegysége: A (Amper)
Vezető anyag: Amelyben a töltések könnyen áramlanak.
Pl. fémek, szén, csapvíz, emberi test
 Szigetelő anyag: Amelyben a töltések nehezen tudnak
elmozdulni. Pl. üveg, műanyag, desztillált víz, száraz fa
 Az elektromos vezetékeket ezért úgy
készítik, hogy a fémet (általában réz)
szigetelő műanyaggal veszik körül.
 Földelés: Ha egy test vagy tárgy
elektromos töltését meg akarjuk
szüntetni, akkor vezetékkel összeköthetjük a földdel, ahova a vezeték
a töltését levezeti így a test semlegessé
válik. Így működik a villámhárító is.
 Akkor nagyobb az áramerősség, ha
ugyanannyi idő alatt több töltés halad át a vezetőn, vagy
ugyanannyi töltés rövidebb idő alatt halad át a vezetőn.
 Képletben:

Elektromos áramkör






Áramforrás: Olyan berendezés, amely tartósan képes
elektromos áramot fenntartani. Pl. elem, akkumulátor,
épületekben elektromos hálózat
Fogyasztó: Olyan berendezés, amelyben az áram hatására
olyan változás jön létre, amelyet valamilyen célra használunk.
P. lámpa, elektromos fűtőtest, elektromos motor, elektromos
háztartási eszközök
Egyszerű áramkör: Vezetékekkel összekötött áramforrás és
egy fogyasztó.
Egyenáramú áramkör: Amelyben az áram iránya mindig
ugyanaz. Az egyenáramú áramkörben olyan áramforrás van,
amelynek van egy + és egy – pólusa.
Áramkörben levő alkatrészek jelölései:
Egyszerű áramkör rajza:
Elektromos feszültség
A töltések áramlásához az elektromos tér munkát végez. Annál
több ez a munkavégzés, minél több töltés áramlik át az egyik
helyről a másikra. A munkavégzés osztva a töltéssel a két
pont közötti elektromos feszültség. Az elektromos feszültség
megmutatja, hogy mennyi munkát végez az elektromos tér, ha
1 C töltést az egyik pontból a másikba mozgat.
Képletben:
(W a munka, Q a töltés)

Az elektromos feszültség jele: U mértékegysége V (Volt)
 Árammérő és feszültségmérő
Az árammérőt (ampermérőt) a fogyasztóval sorba kell bekötni
az áramkörbe, hogy mérje a fogyasztón átfolyó áram
erősségét. A méréshatárt mindig magasabbra kell állítani, mint
amilyen mért áramot várunk.
A feszültségmérővel (voltmérővel) két pont közti feszültséget
tudunk mérni (pl. a fogyasztó vagy az áramforrás két
végpontja között). A méréshatárt itt is magasabbra kell állítani
a várt értéknél.


Ampermérő és voltmérő az áramkörben:
Elektromos ellenállás
Az anyag részecskéi akadályozzák a töltések mozgását. Ezt a
tulajdonságot nevezzük elektromos ellenállásnak.
Annak a fogyasztónak nagyobb az ellenállása, amelyben
ugyanolyan feszültségű áramforrás hatására kisebb áram jön
létre, vagy ugyanolyan áramhoz nagyobb feszültségű
áramforrás szükséges.
 Az ellenállás jele: R
mértékegysége: Ώ (Ohm)
Ohm törvény: Egy fogyasztón mért áram erőssége egyenesen
arányos a fogyasztó kivezetésein mért feszültséggel.
ellenállás = feszültség / áramerősség
Képletben:

Vezetékek ellenállása
Az áramkörben levő vezetékeknek is van ellenállása, mivel az
anyagában levő részecskék akadályozzák az elektronok
mozgását.
Az ellenállás nagyobb,
- ha hosszabb a vezeték (egyenesen arányos a hosszával),
- ha a vezeték keresztmetszete kisebb (fordítottan arányos a
keresztmetszetével),
- és függ a vezeték anyagától.


Képletben:

: a vezeték anyagára jellemző állandó („ró” görög betű)
a vezeték fajlagos ellenállása
Néhány anyag fajlagos ellenállása:
(nem kell megtanulni)
l : vezeték hossza, A : keresztmetszet
Soros és párhuzamos kapcsolás
Fogyasztók, ellenállások soros kapcsolása
Ha az ellenállásokat sorba kapcsoljuk, a rajtuk átfolyó áram
erőssége azonos lesz, a rájuk kapcsolt feszültség megoszlik.
Az ellenállások helyettesíthetőek egy olyan ellenállással
(eredő ellenállás), amelynek értéke a sorba kapcsolt
ellenállások összege. Re = R1 + R2
 Fogyasztók, ellenállások párhuzamos kapcsolása
Ha az ellenállásokat párhuzamosan kapcsoljuk, akkor a rájuk
kapcsolt feszültség azonos lesz. Az áram megoszlik közöttük
úgy, hogy a csomópontban szétoszló áramok összege azonos
lesz a főágban folyó árammal (I = I1 + I2). Az eredő ellenállás
értéke kisebb lesz mindkét ellenállás értékénél.

Az áram hatásai
Hőhatás
Az áramló részecskék beleütköznek a többi részecskébe, ezért
azok gyorsabb rezgőmozgást végeznek, az anyag
felmelegszik.
A világító fogyasztók is általában az áram hőhatása miatt
világítanak, pl. az izzólámpa az izzószál világít (és melegszik).
Példák az áram hőhatásának felhasználására:
hősugárzó, izzólámpa, melegítő háztartási eszközök (vasaló,
mosógép, hajszárító, stb...)
 Mágneses hatás
Az áramot vezető tekercs körül mágneses tér alakul ki, a tekercs
úgy viselkedik, mint egy mágnes.
Példák az áram mágneses hatásának felhasználására:
Raktárakban mágneses emelő (vasból készült tárgyakat felemel
(pl. roncsautó, konténer)), elektromágneses motor
 Kémiai hatás
Ha egy folyadékban vannak szabadon mozgó ionok, akkor a
folyadékba vezetett áramot a folyadék (oldat) vezeti.



A szabadon mozgó ionokkal rendelkező folyadékot
elektrolitnak nevezzük. A folyadékba tett két db fém vagy szén
rudat elektródának nevezzük. A + elektróda az anód, a –
elektróda a katód.
A + ionok a katód felé, a – ionok az anód felé áramlanak, így
jön létre az elektrolitban az áram.
Élettani hatás
Mivel az élő szervezetek vizet
tartalmaznak és abban ionokat,
így elektrolitnak tekinthetők,
ezért vezetik az áramot. Az áram
nagysága függ a szervezetet érő feszültségtől és a szervezet
elektromos ellenállásától. Az áram izom-összehúzódást, égési
sérülést, vérrögképződést, sejtnedvek összetételének
megváltozását okozza. Ezért az áramütést el kell kerülni, mert
halálos is lehet.
Elektromos munka és teljesítmény
Elektromos munka
Az elektromos mező munkát végez, amikor töltéssel
rendelkező részecskéket a mező egyik pontjából a másikba
mozgat. Ez a munka egyenlő a két pont közti feszültség (U),
és a töltés (Q) szorzatával. (Ez már szerepelt a feszültségnél is.)
Mivel Q = I · t, az elektromos munka: W = U · Q = U · I · t
A munka mértékegysége: J (Joule)
 Elektromos teljesítmény
Egy fogyasztó teljesítménye megadja, hogy a fogyasztó
mekkora munkát képes végezni 1 másodperc alatt.
A teljesítmény jele: P mértékegysége J/s = Watt
1000 Watt = 1 kWatt (1 kW)
Teljesítmény = munka / idő = feszültség · áramerősség
Képletben:
vagyis P = U · I

Az elektromos energia-fogyasztás mérése
A különböző fogyasztók, háztartási eszközök energiafelhasználása, energia-fogyasztása ( ΔE ) egyenlő a rajta
átfolyó áram elektromos munkavégzésével ( W ). A munka
pedig a fogyasztó teljesítményének és a működési idejének
szorzata (W = P·t = ΔE ). Tehát az energiafogyasztás ΔE = P · t
A háztartási eszközök működés idejét nem másodpercben,
hanem órában szokták számolni, ezért az energiafelhasználás
mértékegysége: Watt · óra ( Wh ), vagy ennek ezerszerese:
kWatt · óra ( kWh kilowattóra) (Ezt méri a „villanyóra”.)
Annak a fogyasztónak nagyobb az energiafogyasztása,
amelyiknek nagyobb a teljesítménye.
Néhány fogyasztó teljesítménye (nem kell megtanulni):
Megjegyzések a dolgozathoz:
Elméleti kérdések az ebben az összefoglalásban levő elméletből
lesznek. A következő elméleti kérdések is ezekre vonatkoznak, ezekre
tudni kell a választ:
Könyvben az „Ellenőrizd tudásodat” feladatok közül:
14. oldal 1., 2., 3.,
19. oldal 1., 2., 3.
25. oldal 1., 2., 8.
27. oldal 1., 2., 3., 4., 5. 31. oldal 5., 6.
38. oldal 1., 2., 3.
41. oldal 1., 2.
43. oldal 1., 2., 6.
53. oldal 6.
(A válasz benne van a könyvben is és ebben az összefoglalásban is.)
Érdemes átnézni: 34. oldal és 58. oldal (Ezeknek a tartalma is benne
van ebben az összefoglalásban.)
Számítási feladatok az összefoglalásban levő képletekből lesznek.
Áramkör rajzolás
A dolgozatban áramkört is kell lerajzolni (soros vagy párhuzamos
kapcsolással, vagy voltmérővel vagy árammérővel, fogyasztóval,
kapcsolóval, áramforrással.) (Ilyen rajzok is vannak ebben az
összefoglalásban.)