Egyenáram. Elektromos áram fogalma, feltétele,iránya, erőssége Elektromos áram: töltéshordozók sokaságának rendezett mozgása Az áram feltétele: ha egy.

Az előadások a következő témára: "Egyenáram. Elektromos áram fogalma, feltétele,iránya, erőssége Elektromos áram: töltéshordozók sokaságának rendezett mozgása Az áram feltétele: ha egy."— Előadás másolata:

1 Egyenáram

2 Elektromos áram fogalma, feltétele,iránya, erőssége Elektromos áram: töltéshordozók sokaságának rendezett mozgása Az áram feltétele: ha egy vezető két pontja között potenciálkülönbséget létesítünk, akkor a vezető töltéshordozói (fémek esetében a nem kötött elektronok) mozgásba jönnek. Az áram addig tart, amíg a két pont között potenciálkülönbség áll fenn. Az áram iránya: a pozitív töltéshordozók mozgásiránya. Ezek a pozitív töltéshordozók lehetnek valósak, vagy képzeletbeliek. Az áram erőssége (I ): Ha a vezető keresztmetszetén  t idő alatt  Q töltés halad át, akkor Az áramerősség egysége: amper (A).1 A = 1C/1 s

3 Áramvezetés fémekben

4 Ohm törvénye Ohm törvénye: Az áramerősség a vezető két pontja között mérhető feszültséggel egyenesen arányos: Ezt az állandót a vezetékszakasz ellenállásának nevezzük és R-rel jelöljük: Az ellenállás egysége: ohm (  ).1  = 1V/1 A

5 Fémes vezeték ellenállása Az „l” hosszúságú, „A” keresztmetszetű, homogén anyagból készült fémes vezeték ellenállása egyenesen arányos a vezeték hosszával, és fordítottan arányos a vezeték keresztmetszetével: A „  ” arányossági tényező a vezeték anyagára jellemző érték, az ún. fajlagos ellenállás. A fajlagos ellenállás mérőszáma az egységnyi hosszúságú és egységnyi keresztmetszetű vezeték ellenállásának számértékével egyenlő. Egysége: vagy.

6 Néhány tesztkérdés Rézhuzal ellenállása 20 . Mekkora az ellenállása a négyszer hosszabb és feleakkora keresztmetszetű rézhuzalnak? A) 2,5  B) 40  C) 80  D) 160  Egy vezetékhuzal ellenállása R. Mekkora az ellenállása az ugyanolyan anyagból készült feleakkora hosszúságú és feleakkora átmérőjű huzalnak? A) RB) R/2C) 4∙RD) 2∙R

7 Még néhány… Egy 2 mm átmérőjű üvegcsőben lévő higanyt átöntünk egy 1 mm átmérőjűbe. Hogyan változik a „higanyszál” elektromos ellenállása? A) változatlan maradB) 2-szeresére nő C) 4-szeresére nőD) 16-szorosára nő Egy 16  ellenállású huzalt teljes hosszában egyenletesen megnyújtottuk úgy, hogy a keresztmetszete 20 %-kal csökkent. Mekkora lett az új ellenállás? A) 16  B) 20  C) 25  D) 19,2  Egy 4 mm 2 keresztmetszetű rézhuzal ellenállása 10 , tömege 200 g. Mekkora a tömege a 2 mm 2 keresztmetszetű és 5  ellenállású rézhuzalnak? A) 25 gB) 100 gC) 200 gD) 400 g

8 A fajlagos ellenállás hőmérsékletfüggése  A fémes vezetők fajlagos ellenállása a hőmérséklet növekedésével növekszik. Általában viszonyítási alapnak a 20 °C –on mért fajlagos ellenállást tekintjük:  A fajlagos ellenállás „t” hőmérsékleten:  A fémes vezető ellenállása „t” hőmérsékleten pedig:   a 20 °C hőmérséklethez tartozó ún. hőmérsékleti együttható- anyagra jellemző érték.  Megjegyzés: vannak olyan anyagok, melyek fajlagos ellenállása - s így az ellenállása is – a hőmérséklet növekedésekor csökken. Ilyen anyag például a grafit.

9 Fogyasztók soros kapcsolása

10 Fogyasztók párhuzamos kapcsolása

11 Néhány tesztkérdés Van egy 40 V feszültségre méretezett 10  -os és egy 30 V feszültségre méretezett 15  -os ellenállásunk. A két ellenállást sorosan kötjük. Mekkora feszültséget kapcsolhatunk rájuk a túlterhelés veszélye nélkül? A) 70 VB) 50 V C) 40 VD) 30 V Van egy 0,3 A áramra méretezett 8  -os és egy 0,6 A áramra méretezett 12  - os ellenállásunk. A két ellenállást párhuzamosan kapcsoljuk. Mekkora áram folyhat át a rendszeren (vagyis a főágban) a tönkremenés veszélye nélkül? A) 0,3 A B) 0,5 AC) 0,6 AD) 0,9 A Sorosan kapcsolt 12  -os és ismeretlen R ellenállást 60 V feszültségre kapcsoltunk. Az R ellenálláson 12 V feszültség mérhető. Mekkora az R ellenállás? A) 3  B) 48  C) 5  D) Ezekből az adatokból ez nem határozható meg

12 Az áramerősség mérése; Söntellenállás

13 A feszültség mérése; Előtét-ellenállás

14 Az ábrán látható kapcsolásban az árammérő I áramot, a feszültségmérő U feszültséget mutat. Mit ad meg az U/I hányados? A) az árammérő belső ellenállását B) a feszültségmérő belső ellenállását C) a telep belső ellenállását

15 Az ábrán látható kapcsolásban az árammérő I áramot, a feszültségmérő U feszültséget mutat. Mit ad meg az U/I hányados? A) az árammérő belső ellenállását B) a feszültségmérő belső ellenállását C) a telep belső ellenállását

16 Wheatstone-híd kapcsolás

17 Egy feladat…

18 ……  a) Mely izzók vannak sorosan, illetve párhuzamosan kötve egymással? Készítse el az elrendezés kapcsolási rajzát! (A zsinórok sehol sem érintkeznek egymással, nincs szakadásuk sem, az ábrán azt jeleztük, hogy melyik halad el a térben a másik előtt.)  b) Döntse el és magyarázza meg, hogy az izzók közül melyik fog (vagy melyek fognak) a legfényesebben, illetve a leghalványabban világítani!  c) Ha tudjuk, hogy a telep elektromotoros ereje 6 V, és az izzók ellenállása egyenként 24 Ohm, mekkora lesz az egyes izzókon átfolyó áram erőssége? Mekkora lesz az egyes izzók teljesítménye? (Az izzók ellenállását tekintsük a hőmérsékletüktől függetlenül állandónak!)

19 Változtatható ellenállás: tolóellenállás

20 Ellenállásszekrény

21 Tesztfeladat Mit mutat a feszültségmérő a kapcsoló nyitott, illetve zárt állása esetén? (A feszültségmérő ideálisnak tekinthető.)  A) a feszültségmérő mindkét esetben 4,5 V-t mutat  B) a feszültségmérő mindkét esetben 0 V-t mutat  C) a feszültségmérő a kapcsoló nyitott állása esetén 4,5 V-ot, a kapcsoló zárt állásánál 0 V-ot mutat

22 Mit mutatnak a műszerek a kapcsoló egyes állásainál?

23 Az elektromos áram hatásai  Hőhatás (fényhatás)  Kémiai  Biológiai  Mágneses

24 Kémiai hatás: elektrolízis, Faraday törvényei  Faraday 1. törvénye: Az elektroliton kiváló anyag tömege arányos az áram erősségének és áthaladási idejének szorzatával, vagyis az elektroliton átáramló Q = I∙t töltéssel. m = k∙I∙t = k∙Q A k arányossági tényező a kiváló anyagra jellemző érték, az illető anyag elektrokémiai egyenértéke.  Faraday 2. törvénye: Egy mól anyag kiválásához annyiszor 96500 C töltés szükséges, amennyi az illető anyag vegyértéke.

25 Biológiai hatás  Az emberi test maga is vezető, ezért potenciálkülönbség hatására áram indul meg.  Az izmok összerándulása. (az agy is villamos ingerületek útján mozgatja az izmokat). A legveszélyesebb, ha az áram a szíven vagy a tüdőn halad keresztül (e tekintetben a váltakozó áram hatása veszélyesebb.  Vegyi hatás. Az emberi test vezető elektrolitnak tekinthető. Az egyenáramú áramütés a veszélyes, mert az elektrolízis miatt a vér és a szövetnedvek elbomolhatnak. A bontás során keletkező gázbuborékok is veszélyt jelentenek. A vérsejtek rögökké összeállva eldugíthatják az ereket.  Hőhatás. Az áram hőt termel. A keletkező hő az érrendszerre a legveszélyesebb, mert az erek fala „törékennyé” válik, utólag vérzések keletkezhetnek. A 45 °C feletti felmelegedés – a fehérjék (vissza nem fordítható) kicsapódása miatt – halálos kimenetelű lehet.  a testen áthaladó 25-100 mA már veszélyes, a 100 mA feletti áram halált okozhat.

26 Telepek jellemző adatai A galvánelemek olyan elemek, amelyek kémiai energiát elektromos energiává alakítanak. - Üresjárási feszültség - Kapocsfeszültség - Belső ellenállás - Rövidzárási áram

27 Telepek soros kapcsolása

28 Tesztfeladat Adott két egyforma, belső ellenállással is rendelkező telep, valamint egy fogyasztó. Először egy telepre, majd a két, sorosan kapcsolt telepre kötjük ezt a fogyasztót. Melyik állítás helyes?  A) a telepek soros kapcsolása esetén kétszeresére nő az áramerősség, így a fogyasztó teljesítménye négyszeres lesz  B) a telepek soros kapcsolása esetén az üresjárási feszültség is, a belső ellenállás is kétszeresére nő, így az áramerősség, valamint a fogyasztó teljesítménye nem változik  C) a telepek soros kapcsolása esetén biztosan nő az áramerősség, valamint a fogyasztó teljesítménye, de az áramerősség nem lesz kétszer akkora (a teljesítmény nem lesz négyszer akkora), mintha csak egy telepet használnánk

29 Tesztfeladat Az ábrán látható kapcsolásban I = 0,8 A, R = 5 .  a) Mekkora a C = 500  F kapacitású kondenzátor töltése?  A) 10-3 CB) 4∙10-3 CC) 2∙10-3 C D) 0 C  b) Az áram kikapcsolását követően legfeljebb mennyi hő fejlődik az ellenálláson?  A) 0,004 JB) 0,008 JC) 0 JD) 0,002 J