Transcript egyenáram-ppt - WordPress.com

EGYENÁRAM
KÉSZÍTETTE: SZOMBATI EDIT
EGYENÁRAM
1. ELEKTROMOS ÁRAM
 GONDOLATI KÍSÉRLET
Ahhoz hogy megértsük az elektromos áram fogalmát, képzeljük el,
hogy egy hosszú padot telerakunk pingpong labdával. Mivel a pad
vízszintes a pingpong labdák nyugalomban vannak.
Döntsük meg hosszában a padot!
A pad megdöntésének pillanatában az összes pingpong labda
megindul az egyik irányban. Minél jobban megdöntjük a padot,
annál gyorsabban gurulnak le a pingpong labdák.
 KAPCSOLAT AZ ELEKTROMOS ÁRAMMAL
A vezető (hosszú pad) belsejében szabadon mozgó elektronok
vannak (pingpong labdák). Ha a vezető két végére feszültséget,
azaz potenciálkülönbséget kapcsolunk (megdöntjük a padot), akkor
az elektronok egy adott irányban elkezdenek áramolni.
EGYENÁRAM
1. ELEKTROMOS ÁRAM
ELEKTROMOS ÁRAM
A töltések egyirányú, rendezett mozgását elektromos áramnak
nevezzük.
Az elektromos áram potenciálkülönbség hatására jön létre.
(Ha nincs potenciálkülönbség, nem „folyik” az áram. Ha nem döntöm
meg a padot, nem jönnek mozgásba a pingpong labdák.)
Akkor nagyobb az elektromos áram, ha minél intenzívebb a
töltések áramlása.
Az elektromos áram lehet
- egyenáram, ha a töltések
mozgása mindig egy adott
irányban történik
- váltakozó áram, ellenkező
esetben
EGYENÁRAM
1. ELEKTROMOS ÁRAM
ELEKTROMOS ÁRAM
Elektromos áram folyhat
- szilárd halmazállapotú anyagban
fémben, ebben a leggyakrabban, mivel jó vezetők
fában, bár szigetelő anyag, de folyhat benne áram
- folyékony halmazállapotú anyagban
akkumulátorok, elemek
vízben, a sós víz kifejezetten jól vezeti az áramot
- gáz/légnemű halmazállapotú anyagban
villámcsapáskor levegőben,
neoncsövek esetén neongázban
- plazma halmazállapotú anyagban
mivel a plazma halmazállapotú anyag ionokat tartalmaz, a
legtökéletesebb vezető
EGYENÁRAM
2. ÁRAMERŐSSÉG
ÁRAMERŐSSÉG
Az elektromos áram nagyságát kifejező mennyiség.
 Megmutatja, hogy egy adott keresztmetszeten egy másodperc
alatt hány C töltésmennyiség áramlik át.
Jele: I. Mértékegysége: A. Képlete: I=Q/t.
1 A az áramerősség akkor, ha az adott keresztmetszeten 1 s alatt
1C töltésmennyiség áramlik át.
ÁRAMERŐSSÉG A HÉTKÖZNAPOKBAN
A
A
A
EGYENÁRAM
3. EGYSZERŰ ÁRAMKÖR
Elektromos áram csak zárt „körben”, úgynevezett áramkörben tud
tartósan folyni.
EGYSZERŰ ÁRAMKÖR RÉSZEI
 FESZÜLTSÉGFORRÁS
Ez biztosítja azt, hogy az áramkörben áram folyjék.
FOGYASZTÓ
Olyan eszköz, amely az elektromos áram energiáját egy számunkra
hasznos energiává alakítja át. Pl. izzó, vasaló, hűtő, televízió, stb.
VEZETÉK
Az az eszköz, ami az áramkört zárttá teszi, illetve összeköti a
feszültségforrást a fogyasztóval.
EGYENÁRAM
4. OHM TÖRVÉNYE EGYSZERŰ ÁRAMKÖRRE
Mivel az elektromos áram feszültség hatására jön
létre, érthető, hogy minél nagyobb a feszültség,
annál nagyobb az áramerősség.
OHM TÖRVÉNYE ( EGYSZERŰ ÁRAMKÖRRRE)
Egy fogyasztón „eső” feszültség és a rajta átfolyó
áramerősség egyenesen arányosak, hányadosuk
állandó. Ez az állandó fogyasztó ellenállása.
GEORG SIMON OHM
(1789-1854)
EGYENÁRAM
5. ELLENÁLLÁS
Amikor az elektromos áram, azaz az egy irányban, rendezetten mozgó
töltések áthaladnak egy anyagon, akkor a töltések folyamatosan
ütköznek az anyag atomjaival. Tehát az anyag akadályozza az
elektronok áramlását.
Az anyagnak ez az elektronok áramlását akadályozó tulajdonságát
ellenállásnak nevezzük.
Az anyag ellenállása függ
→ a vezető hosszától (egyenesen arányosan)
→ a vezető keresztmetszetétől (fordítottan arányosan)
→ a vezető anyagi minőségétől, 0
→ a vezető hőmérsékletétől
magasabb hőmérsékleten nagyobb, alacsonyabb hőmérsékleten
kisebb az ellenállás
EGYENÁRAM
6. KIRCHHOFF TÖRVÉNYEK
 KIRCHHOFF I. TÖRVÉNYE – CSOMÓPONT TÖRVÉNY
- EGY ÁRAMKÖRI CSÓMÓPONTRA IGAZ
- A CSOMÓPONTBA BEFOLYÓ ÁRAMERŐSSÉGEK
ÖSSZEGE EGYENLŐ A CSOMÓPONTBÓL KIFOLYÓ
ÁRAMERŐSSÉGEK ÖSSZEGÉVEL:
GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF
(1824-1887)
- HA A BEFOLYÓ ÁRAMOKAT „+” ELŐJELLEL, A
KIFOLYÓ ÁRAMOKAT „–” ELŐJELLEL LÁTJUK EL,
AKKOR EGY CSOMOÓPONTRA VONATKOZÓAN:
- TÖLTÉSMEGMARADÁST FEJEZ KI: AMENNYI TÖLTÉS
BEFOLYIK EGY CSOMÓPONTBA, ANNYI KI IS FOLYIK
ONNAN.
EGYENÁRAM
6. KIRCHHOFF TÖRVÉNYEK
 KIRCHHOFF II. TÖRVÉNYE –
HUROKTÖRVÉNY
GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF
(1824-1887)
- EGY ÁRAMKÖRI HUROKRA IGAZ
- EGY HUROKBAN A FESZÜLTSÉGFORRÁSOK ÁLTAL
TERMELT FESZÜLTSÉGEK ÖSSZEGE MEGEGYEZIK A
HUROK EGYES EELENÁLLÁSAIN ESŐ FESZÜLTSÉGEK
ÖSSZEGÉVEL:
- ENERGIAMEGMARADÁST FEJEZ KI: EGY
ÁRAMKÖRI HUROKBAN A FESZÜLTSÉGFORRÁSOK
ÁLTAL TERMELT ENERGIA MEGEGYEZIK AZ EGYES
ELLENÁLLÁSOKON FELHASZNÁLÓDÓ ENERGIÁVAL
EGYENÁRAM
7. ELLENÁLLÁSOK KAPCSOLÁSA, EREDŐ ELLENÁLLÁS
Egy áramkörben akár több ellenállás is szerepelhet.
Ilyenkor a több ellenállás egyetlen ellenállással helyettesíthető úgy,
hogy közben nem változik az áramkör feszültsége és áramerőssége.
Ezt az egy ellenállást EREDŐ ELLENÁLLÁSnak nevezzük.
Az ábrán például az R1, R2, R3, R4, R5 ellenállásokat Re eredő
ellenállással helyettesítjük.
Az eredő ellenállás a részellenállások ismeretében kiszámolható.
EGYENÁRAM
7. ELLENÁLLÁSOK KAPCSOLÁSA
 SOROS KAPCSOLÁS
 Az
elektromos áramnak egy iránya van.
Nincsenek benne elágazások. Ezért mindegyik
ellenálláson ugyanakkora erősségű áram folyik
át. Ha az áramkör valahol megszakad, az
egész áramkörben nem folyik áram.
 Az egyes ellenállásokon eső feszültségek
összeadódnak.
 Az eredő ellenállás a részellenállások
összegével egyenlő.
Az eredő ellenállás valamennyi részellenállásnál nagyobb.
EGYENÁRAM
7. ELLENÁLLÁSOK KAPCSOLÁSA
 PÁRHUZAMOS KAPCSOLÁS
 Az
elektromos áramnak több útja van.
A fogyasztók egymástól függetlenül működnek.
A csomópontokban a „főág” „mellékágak”-ra
bomlik. Érvényes Kirchhoff I. törvénye:
 Párhuzamos kapcsolás esetén az egyes
ellenállásokon eső feszültségek egyenlők:
Párhuzamosan kapcsolt ellenállások eredő ellenállása:
Az eredő ellenállás valamennyi részellenállásnál kisebb.
EGYENÁRAM
8. FESZÜLTSÉG- ÉS ÁRAMOSZTÁS
FESZÜLTSÉGOSZTÁS
Sorba kapcsolt ellenállásokon ugyanakkora erősségű áram folyik át:
ahol:
SOROS KAPCSOLÁS ESETÉN A FESZÜLTSÉG AZ EGYES
ELLENÁLLÁSOKON AZ ELLENÁLLÁSOK ARÁNYÁBAN OSZLIK MEG
EGYENÁRAM
8. FESZÜLTSÉG- ÉS ÁRAMOSZTÁS
FESZÜLTSÉGOSZTÁS A GYAKORLATBAN
Mekkora feszültség esik az egyes ellenállásokra?
1) R1=50 , R2=100 , U=300V
2) R1=50 , R2=50 , R3=100 , U=100V
3) R1=20 , R2=80 , R3=100 , U=400V
EGYENÁRAM
8. FESZÜLTSÉG- ÉS ÁRAMOSZTÁS
ÁRAMOSZTÁS
Párhuzamosan kapcsolt ellenállásokon ugyanakkora feszültség esik:
ahol:
PÁRHUZAMOS KAPCSOLÁS ESETÉN AZ EGYES ELLENÁLLÁSOKON AZ
ELLENÁLLÁSOKON ÁTFOLYÓ ÁRAM ERŐSSÉGE FORDÍTOTTAN
ARÁNYOS AZ ELLENÁLLÁS ÉRTÉKÉVEL
EGYENÁRAM
8. FESZÜLTSÉG- ÉS ÁRAMOSZTÁS
ÁRAMOSZTÁS A GYAKORLATBAN
Mekkora áram folyik át az egyes ellenállásokon?
1) R1=50 , R2=100 , I=3 A
2) R1=50 , R2=200 , I=2,5A
3) R1=20 , R2=20 , R3=100 , I=2,4A
EGYENÁRAM
8. FESZÜLTSÉG- ÉS ÁRAMOSZTÁS
ÁRAMOSZTÁS EGY SPECIÁLIS ESETE: RÖVIDZÁR
Párhuzamos kapcsolás esetén az egyes ellenállásokon az ellenállásokon
átfolyó áram erőssége fordítottan arányos az ellenállás értékével. →
Azaz: párhuzamosan kapcsolt ellenállások esetén
- ha az egyik ellenállás fele a másiknak, akkor kétszer akkora
erősségű áram folyik át rajta;
- ha az egyik ellenállás századrésze a másiknak, akkor százszor
akkora áram folyik át rajta.
Az alábbi kapcsolásban az R1 ellenállás végpontjait
egy dróttal kötöttük össze.
Mivel a drót ellenállása nagyon kicsi (R2≈0), az áramosztás értelmében, gyakorlatilag minden elektron, azaz
a teljes áram a dróton folyik át. Az R1ellenálláson így nem folyik áram.
EGYENÁRAM
9. ÁRAMERŐSSÉG MÉRÉSE
AZ ÁRAMERŐSSÉG MÉRÉSÉRE AZ ÁRAMERŐSSÉG MÉRŐ MŰSZERT,
RŐVIDEN AMPERMÉRŐT HASZNÁLJUK
Az ampermérő a rajta „átfolyó” áramerősséget méri, ezért mindig
SOROSAN kötjük be az áramkörbe.
Az ampermérőnek is van ellenállása, azonban ez elhanyagolhatóan
kicsi kell legyen, hogy ne zavarja meg az áramkört.
Az ampermérő méréshatárát
a várható eredménynek
megfelelően kell
beállítani.
EGYENÁRAM
10. FESZÜLTSÉG MÉRÉSE
A FESZÜLTSÉG MÉRÉSÉRE A FESZÜLTSÉG MÉRŐ MŰSZERT, RŐVIDEN
VOLTMÉRŐT HASZNÁLJUK
A voltmérő a két kivezetése közötti feszültséget méri, ezért mindig
PÁRHUZAMOSAN kötjük be az áramkörbe.
A feszültségmérőnek is van ellenállása, amely nagy kell legyen,
hogy minél kevesebb áramot vonjon el az áramkörből.
EGYENÁRAM
10. EGYENÁRAM HATÁSAI
(1) EGYENÁRAM HŐHATÁSA
TAPASZTALAT: A villanykörte már rövid használat után felmelegszik.
MAGYARÁZAT: Miközben az elektronok áramlanak a vezetőben,
ütköznek az atomokkal, ütközés következtében átadják mozgási
energiájukat az atomoknak, így azok intenzívebben rezegnek.
Ez az intenzívebb rezgés magasabb hőmérsékletben nyilvánul meg.
Az áram hőhatását használjuk ki a következő
eszközöknél: vasaló, hősugárzó, vízforraló.
EGYENÁRAM
10. EGYENÁRAM HATÁSAI
(2) EGYENÁRAM KÉMIAI HATÁSA
TAPASZTALAT: Míg a tiszta víz nem vezeti az áramot, addig a sós víz
vezeti az áramot.
MAGYARÁZAT: A só a vízben ionjaira bomlik, az ionok mozgása pedig
már elektromos áramot jelent.
ELEKTROLIT: olyan folyadék, amely vezeti az elektromos áramot
GALVÁNELEM: Ha az elektrolit(ok)ba elektródákat helyezünk, egy
egyszerű áramforrást hozunk létre. Így a kémiai energia elektromos
energiává alakítható át. Pl.: DANIEL ELEM:
A cinklemezről cink (fehér) oldódik ki, miközben
felszabadul egy elektron. A felszabaduló elektron a
vezetéken keresztül a rézhez vándorol. A rézlemezről
réz (rózsaszín)válik ki, miközben felvesz egy elektront.
Az áramkört a rézszulfát oldatból a cinkszulfát
oldatba vándorló szulfát-ionok (kék) zárják.
EGYENÁRAM
10. EGYENÁRAM HATÁSAI
(2) EGYENÁRAM KÉMIAI HATÁSA
ELEKTROLÍZIS: Ha elektrolitba fém vagy szén rudat, azaz elektródát
helyezünk, és az elektródákra feszültséget kapcsolunk, akkor az
elektroliton áram halad át. Az áram hatására kémiai folyamatok
indulnak be, és az elektródákon valamilyen anyag válik ki.
Végeredményben az elektromos energia kémiai energiává alakul át.
Ha réz-szulfát-oldatba helyezett szénelektródákon oxigén (+), illetve réz (-)
válik ki.
Gyakorlati alkalmazás: GALVANIZÁLÁS
Az anyagkiválást fémtárgyak bevonására
használjuk fel azzal a céllal, hogy az
díszítse, vagy védje az adott tárgyat.
EGYENÁRAM
10. EGYENÁRAM HATÁSAI
(3) EGYENÁRAM MÁGNESES HATÁSA
TAPASZTALAT: Ha egy mágnes köré vasreszeléket szórunk, akkor a
vasreszelékek jellegzetes vonalrendszere kirajzolja a mágneses
teret. Ugyanezt tapasztaljuk, ha áramjárta vezetékből felcsavart
„tekercs” köré szórunk vasreszeléket.
MAGYARÁZAT: Az áramjárta tekercsnek ugyanolyan mágneses tere
van, mint a mágnes rúdnak.
EGYENÁRAM
10. EGYENÁRAM HATÁSAI
(4) EGYENÁRAM ÉLETTANI HATÁSA
TAPASZTALAT: Az elektromos áram hatása az emberi szervezetre,
mind pozitív, mind negatív értelemben megnyilvánul: gondoljunk
az újraélesztésre, vagy a halálos kimenetelű áramütésre.
MAGYARÁZAT: Részben az áram vegyi hatásával magyarázható: az
áram hatására a vérből gáz válik ki, az a szívbe jutva okoz
halált. Részben égés következtében fellépő sejtkárosodás.
EGYENÁRAM
11. ELEKTROMOS ÁRAM MUNKÁJA
Az előzőekből világos, hogy az áramnak van energiája, azaz
munkavégző képessége. Az elektromos áram energiáját/munkáját az
alábbi képlettel számoljuk ki:
Az elektromos áram energiája hő formájában jelenik meg, ezt Joulehőnek nevezzük.
A elektromos áram teljesítménye:
EGYENÁRAM
12. FELADATOK
EGYENÁRAM