Transcript Prezentáció az elektromosság témaköréhez

Elektromosság
Elektrosztatika
Egyenáram
Készítette:
Czeilingerné Somogyi Katalin
Vége
Főmenü
Jelmagyarázat
Vissza
Tovább
Főmenü
Témakörök
Mennyiségek
Tudósok
Eszközök
Feladatok
TÉMAKÖRÖK
• A testek elektromos
állapota
• Az elektromos áram
• Az elektromos
áramkör
• Fogyasztók
kapcsolása
• Az elektromos
munka
• Az elektromos
feszültség
• Az elektromos
ellenállás
• Az elektromos
teljesítmény
• Az elektromos áram
hatásai
A testek elektromos állapota
A testek részecskéinek szerkezete
Testek elektromossága
Elektromos töltés
A testek részecskéinek szerkezete
• Minden test részecskékből,
atomokból vagy több atomból
álló molekulákból épül fel.
• Az atomok is összetettek:
elektronok, protonok és
neutronok találhatók bennük.
• Az elektronok az atommag
körüli elektromos mezőben
mozogva „elektronfelhőt”
alkotnak.
Az atom részei
Neutron :
- elektromos szempontból
semleges
Proton :
- pozitív elektromos tulajdonságú
- helyhez kötött
Elektron :
- negatív elektromos tulajdonságú
- elmozdulhat, ún. „szabad elektron”
Testek elektromossága
Pozitív
ha a testben
elektronhiány
van
Negatív
ha a testben
elektrontöbblet
van
kölcsönhatásuk
Semleges
ha a testben az elektronok és a
protonok száma egyenlő,
eloszlásuk egyenletes
Az elektromos kölcsönhatás
megnyilvánulása
Taszítás
Vonzás
— megegyező elektromos — különböző
állapotú testek között
elektromos állapotú
testek között
— bármilyen anyagú
test és az elektromos
mező között
Hogyan hozható elektromos
állapotba egy test?
Dörzsöléssel
Érintéssel
Elektromos
megosztással
Elektromos töltés
A testek elektromos állapotát jellemző
mennyiség az elektromos töltés.
Jele : Q
Mértékegysége :
coulomb ( C )
Elektromos megosztás
A külső elektromos mező megszűnteti az
eredetileg semleges fémtestben az elektronok
egyenletes eloszlását.
Érintés
Ha egy elektromosan semleges testhez
egy elektromos állapotban lévő testet
érintünk, akkor megváltozik benne az
elektronok száma, a semleges test
elektromos állapotba került.
Kattints!
Dörzsölés
A különféle anyagú testek
szoros érintkezéssel, azaz
dörzsöléssel elektromos
állapotba kerülnek.
Az ilyen testek elektromos
állapota kétféle:
pozitív (+) ill. negatív (-)
Az elektromos áram
Vezető és szigetelő anyagok
Az elektromos áram
Áramerősség
Elektromos vezetés
szempontjából az anyagok
Vezetők
Szigetelők
Félvezetők
Az elektromos
tulajdonságú
részecskék
„könnyebben”
elmozdulhatnak
Az elektromos
Bizonyos feltételek
tulajdonságú
mellett szigetelők,
részecskék
máskor vezetők.
„nehezebben”
mozdulhatnak el.
Az elektromos áram
Az elektromos tulajdonságú részecskék
/ elektronok, ionok / egyirányú, rendezett
mozgása.
Az áramerősség
• Az áramerősség megmutatja, hogy
mekkora a vezető keresztmetszetén 1 s alatt
átáramlott elektromos tulajdonságú
részecskék együttes töltése.
• Jele : I
• Mértékegysége : amper ( A )
• Kiszámítása : I = Q / t
• Mérése : ampermérővel
Mikor nagyobb az áramerősség?
• Ugyanannyi idő alatt
több az átáramlott
részecskék együttes
töltése
Q1 > Q 2
t1 = t2
I1 > I 2
• Ugyanannyi
össztöltésű
részecske kevesebb
idő alatt áramlik át
Q1 = Q 2
t1 < t 2
I1 > I 2
Az elektromos áramkör
Áramforrások
Elektromos fogyasztók
Áramkörök
Mérőműszerek
Áramforrások
Azokat a berendezéseket, amelyek elektromos
mezőt, és így elektromos áramot
tartósan
képesek fenntartani, áramforrásoknak nevezzük.
Ilyenek a galvánelemek, mint pl.
akkumulátor
Volta-elem
zsebtelep
Galvánelemek
Felépítése:
Azok az áramforrások, elektrolit
amelyekben kémiai (ammóniumkölcsönhatás közben klorid)
jön létre a tartós
elektromos mező.
pozitív
elektróda
(szénrúd)
barnakő
negatív elektróda
(cinkköpeny)
Elektromos fogyasztók
Azok a berendezések,
amelyekben az elektromos
áram áthaladásakor
céljainknak megfelelő
változások jönnek létre.
Áramkörök
• A vezetékkel összekapcsolt áramforrás és
fogyasztók áramkört alkotnak.
• Tartós elektromos áram csak zárt áramkörben
jöhet létre.
Elektronok Technikai áramirány
áramlása
Áramköri jelölések
vezeték:
elektromos csengő:
elem:
izzólámpa:
zsebtelep:
elektromotor:
Kapcsolók:
hálózati áramforrás:
ellenállás:
Fogyasztók kapcsolása
Soros
Párhuzamos
mellékág
mellékág
főág
Az elektronok áramlásának
• csak egy útja van
• több útja van
A fogyasztók
• csak egyszerre
• külön-külön is
működnek
Mérőműszerek használata
• Működésük az áram mágneses
hatásán alapszik
• A műszer pozitív (+) jelű
kivezetéséhez az áramforrás
(+) pólusát kell csatlakoztatni
• Az áramforrás (-) pólusát a
(+) pólusa (-) pólusa
megfelelő méréshatárhoz kell
áramforrás
kapcsolni
• A mérést mindig a nagyobb méréshatártól kezdjük
Ampermérő
• Mindig a rajta áthaladó
áram erősségét méri
• A fogyasztóval sorosan
kell kapcsolni
• Nem szabad fogyasztó
nélkül használni!
• Áramköri jelölése :
A
Voltmérő
• Az áramkör azon két pontja
közé kell kapcsolni, amelyek
közötti feszültséget meg
akarjuk mérni
• A fogyasztóval
párhuzamosan kell kötni
• Fogyasztó nélkül is
mérhetünk vele
• Áramköri jelölése :
V
Mérőműszerek leolvasása
a) a = 5
Mh = 2,5 A
a =legnagyobb beosztás
?
Mh=méréshatár
lé=leolvasott érték
?
I = mért érték
Például: b) a = 5
*5
:2
Mh = 25 V
lé = 4,5
lé = 4,5
:2
I = 4,5:2 A =2,25 A
*5
U = 4,5*5 V= 22,5 V
Soros kapcsolás
• Valamennyi fogyasztónál
ugyanakkora az áramerősség
I=I1=I2=I3
U=U1+U2+U3
• A fogyasztók kivezetései
között mért feszültségek összege egyenlő az
áramforrás kivezetései között mért feszültséggel
• Az eredő ellenállás az egyes
fogyasztók ellenállásainak
összege
R=R1+R2+R3
R=U/I
Párhuzamos kapcsolás
• A főágban folyó áram erőssége
egyenlő a mellékágakban folyó
áramok erősségének összegével
I=I1+I2+I3
• A fogyasztók kivezetései között
U=U1=U2=U3
mért feszültség egyenlő az
áramforrás pólusai között mért feszültséggel
• Az eredő ellenállás az áramforrás
R=U/I
feszültségének és a főágban mért
R<R1 R<R3
áramerősségének a hányadosa
Elektromos munka
Az elektronok
mozgatásakor az
elektromos mező
munkát végez.
Mitől függ ez a munka?
• az átáramlott töltés nagyságától
Kiszámítása
• az elektromos mező erősségétől
• az adott mező mely két pontja között történik
a munkavégzés
Az elektromos munka
kiszámítása
• Jele : W
• Mértékegysége : joule (J)
• Kiszámítása : W = Q*U
W = U*I*t
Elektromos feszültség
• A feszültség megmutatja, hogy mennyi
munkát végez az elektromos mező,
miközben 1C töltést a mező egyik pontjából
a másikba áramoltat.
• Jele : U
• Mértékegysége : volt (V)
• Kiszámítása : W / Q
• Mérése : voltmérővel
Elektromos ellenállás
• Elektromos fogyasztók ellenállása
• Ohm törvénye
• Vezetékek elektromos ellenállása
• Eredő ellenállás
Fogyasztók ellenállása
A fogyasztóknak azt a tulajdonságát, hogy
anyaguk részecskéi akadályozzák az
elektromos tulajdonságú részecskék
áramlását, elektromos ellenállásnak
nevezzük.
Kiszámítása
Melyik fogyasztó ellenállása
nagyobb?
• Amelyikben ugyanolyan
feszültségű áramforrás
kisebb erősségű áramot
hoz létre
U 1 = U2
I1 < I 2
R1 > R2
• Amelyikben
ugyanakkora erősségű
áram létrehozásához
nagyobb feszültségű
áramforrás kell
U1 > U2
I1 = I2
R1 > R2
Ohm törvénye
Egy adott fogyasztón átfolyó elektromos áram
erőssége egyenesen arányos a fogyasztó
kivezetései között mért feszültséggel.
I~U
Az elektromos ellenállás
kiszámítása
• Bármely fogyasztó ellenállása a
kivezetésein mért feszültség és a rajta
átfolyó áram erősségének a hányadosa.
• Jele : R
• Mértékegysége : ohm ()
• Kiszámítása : R = U / I
• Áramköri jele :
Vezetékek elektromos ellenállása
• Függ : - a vezető hosszától (R~l)
- a vezető keresztmetszetétől (R ~ 1A)
- a vezető anyagától (fajlagos ellenállás)
• Kiszámítása : R = *(l/A)
huzalellenállások
Fajlagos ellenállás
• Fajlagos ellenállás : az anyagokra
jellemző, megadja, hogy az adott anyag 1m
hosszú, 1mm2 keresztmetszetű darabjának
mekkora az ellenállása.
• Jele :  (ro)
• Mértékegysége : *mm2/m
Eredő ellenállás
• Párhuzamosan, sorosan kapcsolt fogyasztók
helyettesíthetők egyetlen fogyasztóval.
Ennek a helyettesítő fogyasztónak az
ellenállását nevezzük eredő ellenállásnak.
• Kiszámítása :
Soros
Párhuzamos
Teljesítmény
• Azt a mennyiséget, amely az
állapotváltozásokat gyorsaság
szempontjából jellemzi,
teljesítménynek nevezzük.
• A teljesítmény megmutatja az 1s alatt
bekövetkező energiaváltozást.
• Jele : P
• Mértékegysége : watt (W)
• Kiszámítása : P = E / t
P = U*I
Az elektromos áram hatásai
Hőhatás
Élettani
Kémiai
Mágneses
Eszközök
Hőhatás
Az elektromos áram hőhatása több, egymáshoz
kapcsolódó kölcsönhatás eredménye :
• az elektromos mező gyorsítja a szabad
elektronokat
• az áramló elektronok a helyhez kötött
részecskékkel ütközve lelassulnak, és
azokat élénkebb rezgésre kényszerítik
• az élénkebben rezgő részecskéjű, tehát
felmelegedett vezető felmelegíti
környezetét
Hőhatáson alapuló eszközök
Izzólámpa
Olvadóbiztosítékok
Kémiai hatás
Eszközök
• A szabadon mozgó ionokkal rendelkező
folyadékokat elektrolitoknak nevezzük.
Pl.: a sók, savak, lúgok vizes oldata
• Az elektrolitokban az ionok rendezett
mozgása az elektromos áram.
• Az elektrolitok áramvezetése következtében
az elektródákon bekövetkező változásokat
elektrolízisnek nevezzük.
Kémiai hatáson alapuló eszközök
Galvánelemek
Addig működnek, amíg a
kémiai változásaikhoz
szükséges valamelyik
Akkumulátor anyag teljesen átalakul.
elektrolízissel
ismételten
galvánelemmé
alakítható
Élettani hatás
Az élő szervezetek sejtnedve elektrolit, tehát
vezeti az elektromos áramot
Leggyakoribb hatása :
- izom összehúzódás
- égési sérülések
- sejtnedvek összetételének megváltozása
Már a 0,1 A erősségű áram is
lehet halálos!
Mágneses hatás
Áramjárta vezető körül
mágneses mező van
Az áramjárta tekercs körüli
mágneses mező erőssége függ:
- áram erősségétől
- menetszámtól
- vasmagtól
Elektromágnes :
áramjárta vasmagos tekercs
Tudósok
• Coulomb
• Ohm
• Ampere
• Watt
• Franklin
• Edison
• Volta
• Bródy Imre
• Faraday
• Galvani
Charles Augustin de Coulomb
(1736-1806)
• Francia fizikus, az elektromos
töltés mértékegységét róla
nevezték el
• matematikai és fizikai
tanulmányait befejezve
katonai pályára lépett
• Egyik legfontosabb találmánya:
torziós (csavarási) mérleg,
amelyet nagyon kicsi erőhatások
mérésére használt
André Marie Ampére
(1775-1836)
• Francia fizikus, kémikus és
matematikus
• az áramerősség
mértékegységét róla nevezték
el
• Ő volt az első, aki az
elektromos áram fogalmát
érthetően meghatározta
Benjamin Franklin
(1706-1790)
• Elektromos töltések
természetével foglalkozott
• Kísérleteihez a töltéseket a
viharfelhőkből gyűjtötte, ún.
„elektronikus sárkánnyal”
• A villámhárító feltalálója
• Amerikai
természettudós,
államférfi és író volt
Alessandro Volta
(1745-1827)
• Olasz fizikus,
de a költészet is
érdekelte
• A feszültség
mértékegységét
róla nevezték el
Felfedezése : a fémek érintkezési
elektromosság szerint feszültségi
sorba rendezhetők
Volta-oszlop
Michael Faraday
(1791-1867)
• Angol fizikus
• A kapacitás mértékegységét róla
nevezték el
Georg Simon Ohm
(1787-1854)
• Német fizikus
• Az ellenállás mértékegységét
róla nevezték el
• Tudományos megfigyeléseinek eredményeit
„A fémek áramvezető képességét szabályozó
törvény meghatározása”című munkájában
foglalta össze (Ohm törvény)
James Watt
(1736-1819)
• Angol technikus
• A teljesítmény
mértékegységét róla
nevezték el
• Ő alkotta meg az első igazán
használható gőzgépet
Edison
(1847-1931)
• Amerikai
feltaláló
• Nevéhez
fűződik az első,
gyakorlatban is
jól használható
izzólámpa
készítése
Bródy Imre
• Az Egyesült Izzó mérnöke
• Kutatásainak eredményeként 1936 óta a
nagyobb teljesítményű izzólámpák
üvegbúrájának töltésére kriptongázt
alkalmaznak
Luigi Galvani
(1737-1798)
• Olasz anatómia-professzor
• békacombos kísérlete az
elektromosság vizsgálatát
jelentősen előmozdította
Fizikai mennyiségek
Neve
Jele Mértékegysége
Kiszámítása
Elektromos töltés
Q
C
Q = It
Áramerősség
I
A, mA
I = Q/t I = U/R
Idő
t
s, min, h
t = Q/I
Elektromos munka
W
J, kJ
W = QU, W = UIt
Feszültség
U
V, kV
U = W/Q U = IR
Elektromos ellenállás
R
, k
R = U/I
Elektromos teljesítmény P
W, kW
P = W/t P = UI