Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

=. Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük. Erősebb elektromos áramról beszélünk, ha az áramlás keresztmetszetén ugyanannyi idő alatt.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "=. Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük. Erősebb elektromos áramról beszélünk, ha az áramlás keresztmetszetén ugyanannyi idő alatt."— Előadás másolata:

1 =

2 Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük. Erősebb elektromos áramról beszélünk, ha az áramlás keresztmetszetén ugyanannyi idő alatt több az átáramlott részecskék együttes töltése, vagy ugyanannyi össztöltésű részecske kevesebb idő alatt áramlik át. Elektromos mezőben az elektromos töltésekre erő hat. Az erő hatására az elektromos töltések elmozdulnak, a mező munkát végez. A töltéshordozók meghatározott irányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük.

3 1.A vezető belsejében az elektromos mező felgyorsítja a szabad elektronokat (mező-elektron kölcsönhatás). 2.Az elektronok a fémrács helyhez kötött ionjaival ütközve lelassulnak, miközben azokat élénkebb rezgésbe hozzák (elektron-rácsion kölcsönhatás). 3.A felmelegedett vezető hőt ad le környezetének (vezető- környezet kölcsönhatás). Állandó elektromos áramot áramkörrel hozunk létre, amelynek fő részei: az áramforrás, a vezető, a fogyasztó és a kapcsoló.

4 Az áramkörben körbeáramlanak a töltéshordozók. Az áramforráson kívül az elektromos mező mozgatja a töltéshordozókat, míg az áramforráson belül az elektromos mező erőhatásával szemben, az áramforrásban tárolt valamilyen fajta belső energia felhasználásával mozognak tovább a töltéshordozó részecskék. A töltéshordozók áramlását az áramforrás biztosítja. Ennek hiányában a töltéskülönbség kiegyenlítődése nagyon gyorsan végbemenne.

5 Az elektromos áramot általában hő-, fény-, kémiai, mágneses vagy élettani hatásai alapján észleljük.

6 A vezető keresztmetszetén átáramló töltés mennyisége egyenesen arányos az eltelt idővel. Q~t A két mennyiség hányadosa állandó, és alkalmas az elektromos áram erősségének jellemzésére. Az áramerősség a vezető keresztmetszetén egységnyi idő alatt áthaladó töltésmennyiség. Jele:I

7 A feszültséget voltmérővel mérjük. A voltmérőt a fogyasztóval párhuzamosan kötjük az áramkörbe, hogy a fogyasztón eső feszültség megegyezzen a voltmérő feszültségével. Az áramerősséget ampermérővel mérjük. Az ampermérőt a fogyasztóval sorosan kötjük az áramkörbe, hogy a fogyasztón átfolyó áram az ampermérőn is átfolyjon.

8 A fogyasztón átfolyó áram erőssége egyenesen arányos a fogyasztón eső feszültséggel. A fogyasztón eső feszültség és a fogyasztón átfolyó áram hányadosa a fogyasztó ellenállása. Jele:R A két mennyiség hányadosa állandó, a fogyasztóra jellemző fizikai mennyiség. Alkalmas a fogyasztó töltésáramlást akadályozó hatásának mennyiségi jellemzésére.

9 1.Hosszabb vezetőben ugyanakkora feszültség kisebb térerősséget eredményez. A gyengébb elektromos mező kisebb áramerősséget hoz létre. Ezért a vezető ellenállása egyenesen arányos a vezető hosszával: R~l 2.Ha nagyobb a vezető keresztmetszete, akkor nagyobb felületen tud eloszolni az áramló töltés. Ezért a vezető ellenállása fordítottan arányos a vezető keresztmetszetével: R~1/A 3.Az anyagi minőséggel változik az áramlásra képes elektronok száma és a vezető töltésáramlást akadályozó tulajdonsága is. Ezért a vezető ellenállása függ az anyagi minőségtől. A vezető ellenállása: ahol  a vezető fajlagos ellenállása. Mértékegysége: A vezető ellenállása: ahol  a vezető fajlagos ellenállása. Mértékegysége:

10 A fémes vezetők ellenállása függ a hőmérséklettől. Magasabb hőmérsékleten a fémkristály kötött részecskéinek erőteljesebb rezgése nagyobb akadályt jelent az áramló elektronok számára. A hőmérsékletváltozás következtében létrejövő ellenállás- változás egyenesen arányos a hőmérséklet-változás és a nulla fokon mért ellenállás szorzatával, az arányossági tényező az  - val jelzett hőfoktényező. A vezetők ellenállásának hőmérséklettől való függése lehetőséget biztosít olyan magas hőmérséklet mérésére, amelyeket hagyományos hőmérőkkel már nem lehet megmérni.

11 Az elektromos mező mozgatja az elektronokat a fémrács akadályozó hatásával szemben. Az elektronok a mezőtől kapott energiát a fémrács ionjaival ütközve leadják a fogyasztónak. A felmelegedett fogyasztó hőt ad le a hidegebb környezetének. Az elektromos mező munkája: Az elektromos mező teljesítménye: Az elektromos mező által végzett munka megegyezik a fogyasztó által leadott hőmennyiséggel.

12 A sorba kapcsolt ellenállások eredő ellenállása az összetevő ellenállások összege: Sorosan kapcsolt fogyasztók között nincsen áramelágazás, ezért minden fogyasztón ugyanolyan erősségű áram halad keresztül: Soros kapcsolásnál az áramforrás feszültsége egyenlő a fogyasztók feszültségeinek összegével:

13 Az eredő ellenállás reciproka megegyezik a részellenállások reciprokainak összegével: Párhuzamosan kapcsolt fogyasztók feszültsége megegyezik az áramforrás feszültségével: A főágban folyó áram erőssége egyenlő a mellékágakban folyó áramok összegével:

14 Az áramkörben a töltések áramlását nemcsak az áramforráson kívüli vezető, hanem az áramforráson belül, az áramforrás anyaga is akadályozza. Az áramforrásnak van belső ellenállása. Az áramforrást úgy modellezhetjük, hogy a kapcsai (kivezetései) között van egy állandó U 0 üresjárási feszültséget biztosító feszültségforrás és egy állandó R b belső ellenállás, amely sorosan kapcsolódik az R k külső ellenállással. U 0 =U k +U b ahol U 0 az áramforrás üresjárási feszültsége, U k a kapocsfeszültsége. Ohm törvénye teljes áramkörre:

15 Egy áramkörben 24 Ω -os és 72 Ω -os fogyasztókat kapcsoltunk sorba. A kisebb ellenállású fogyasztón 1,5 V-os feszültséget mértünk. Határozzuk meg a másik fogyasztó és az áramforrás feszültségét és az áramkörben folyó áram erősségét! Az áramerősség 62,5mA, a másik fogyasztó feszültsége 4,5V, az áramforrás feszültsége 6V. Adatok:Képlet: Számolás: Válasz:

16 6 V-os áramforrás áramkörében egy ismeretlen ellenállású fogyasztóval sorosan kapcsolunk egy 5 ohm belső ellenállású ampermérőt. Az ampermérő 150 mA-es áramerősséget mutat. Mennyi a fogyasztó ellenállása? A fogyasztó ellenállása: 35Ω Adatok: Képlet: Számolás: Válasz:

17 Az ábra szerinti kapcsolásban az A 1 ampermérő 40 mA-es, az A 2 ampermérő 6,8 mA-es áramerősséget mutat. Mennyi az ismeretlen R 2 ellenállás? Mekkora teljesítményt ad le az áramforrás? Az ismeretlen ellenállás: 588Ω és az áramforrás teljesítménye: 0,187W. Adatok: Képlet: Számolás: Válasz:

18 Számítsuk ki az áramkörben az ismeretlen áramerősségeket és feszültségeket! A feszültség: 12V, a mellékágak áramerősségei: I 1 =0,6A és I 2 =0,4A. Adatok: Képlet: Számolás: Válasz:

19 Egy 24 Ω, egy 60 Ω és egy 18 Ω ellenállású izzót az ábra szerint egy 6 V-os telepre kapcsoltunk. Számítsuk ki a kapcsolásban szereplő izzók eredő ellenállását és az áramforrás teljesítményét! Az eredő ellenállás: 14,8Ω, az áramforrás teljesítménye: 2,43W Adatok:Képlet: Számolás: Válasz:

20 Egy 24 Ω, egy 60 Ω és egy 18 Ω ellenállású izzót az ábra szerint egy 6 V-os telepre kapcsoltunk. Számítsuk ki a kapcsolásban szereplő izzók eredő ellenállását és az áramforrás teljesítményét! Az eredő ellenállás: 35,14Ω, az áramforrás teljesítménye: 1,02W Adatok:Képlet: Számolás: Válasz:

21 Az áramforrás elektromos mezőjének hatására a pozitív ionok a negatív elektród (a katód), a negatív ionok a pozitív elektród (az anód) felé vándorolnak, az elektródokon semlegesítődnek és kiválnak. Az elektródokon történő anyagkiválás az elektrolízis. Az elektrolitok (bázisok, savak, sók vizes oldatai) vezetik az elektromos áramot. Az oldódás során a molekulák ionokra bomlanak. Az elektrolitokban, a fémektől eltérően, nem az elektronok, hanem a pozitív és negatív ionok a töltéshordozók.

22 Ez történik az akkumulátorok töltésénél. Az akkumulátorok használatakor fordított folyamat játszódik le. Ilyenkor a töltés során az akkumulátorban felhalmozott kémiai energia visszaalakul elektromos energiává. A különböző anyagú elektródok elektrolitba merülésekor áramforrás, galvánelem keletkezik. Elektrolízis során az azonos anyagú elektródok felületükön eltérő minőségűvé válnak, tehát az elektrolízis alkalmas galvánelem előállítására.

23 Millikan vízszintes kondenzátorlemezek közé porlasztással olajcseppeket juttatott, amelyek a porlasztás során elektromosan feltöltődtek. A cseppek mozgását mikroszkóppal követte, és a rájuk ható erők figyelembevételével kiszámította a töltésüket. Az elektrolízis törvényeiből következtettek először arra, hogy az elektromosságnak is van elemi mennyisége, a q = 1,6 ⋅ 10 −19 C Az elemi töltés pontos meghatározása Millikan nevéhez fűződik.

24 Vízszintes helyzetű, egymástól 2 cm távolságra lévő kondenzátorlemezekre 3419 V feszültséget kell kapcsolni, hogy a közöttük elhelyezkedő 3 ⋅ 10 −12 kg tömegű olajcsepp éppen lebegjen. Hány elektronnyi töltéssel rendelkezik az olajcsepp? Az olajcsepp 1076 elektron töltésével rendelkezik. Adatok: Képlet: Számolás: Válasz:

25 A levegőt általában jó elektromos szigetelőnek tartjuk, egyébként nem mernénk a nagyfeszültségű távvezetékek közelébe menni. De tudjuk azt is, hogy a szalaggenerátor elektródái közötti szikrakisülés a levegőben folyó elektromos áramot jelent. Elektromos áram a villám is, amelynél az áramerősség a A értéket is elérheti. A levegő tehát vezetőként és szigetelőként egyaránt viselkedhet.

26 Ekkor az elektromos mező a jelen lévő töltéshordozókat annyira felgyorsítja, hogy azok a semleges atomokkal, molekulákkal ütközve ion- elektron párokat keltenek, amelyek szintén felgyorsulnak és ionizálnak és így tovább. Az ütközési ionizáció lavinaszerű folyamat, amely biztosítja a töltéshordozók utánpótlását. A gázok áramvezetése akkor válik jelentőssé, ha bekövetkezik az úgynevezett ütközési ionizáció.

27 A gázok ütközési ionizációjának jellemző kísérőjelensége a gáz fénykibocsátása. A gázok áramvezetésének gyakorlati alkalmazásai általában a fényhatásokkal függenek össze.

28 Légüres térben csak akkor folyhat elektromos áram, ha oda kívülről töltéshordozókat juttatunk. Ez gyakorlatilag úgy valósítható meg, hogy a zárt csőbe nyúló negatív fémelektródot (katódot) elektronkibocsátásra kényszerítjük. 1. A légüres tér vezetővé tételének egyik módja a termikus emisszió, amelynél az elektromos árammal felizzított katód bocsátja ki az elektronokat. 2. A vákuumot vezetővé tehetjük fotoemisszió útján is. Ilyenkor fény hatására lépnek ki elektronok a katódból. 3. A hidegemisszió során fémbe ütköző felgyorsított töltéshordozók löknek ki elektronokat a kristályrácsból.

29 A félvezető anyagok elektromos vezetőképességük alapján a fémek és a szigetelők közé sorolhatók. Alacsony hőmérsékleten és sötétben szigetelőként viselkednek, megvilágításra vagy melegítésre vezetővé válnak. Félvezető anyagok például a szilícium, a germánium és a szelén.

30 Ha a Si-kristályt 5 vegyértékű foszforral szennyezzük, n-típusú félvezető jön létre. Ha a Si-kristályt 3 vegyértékű bórral szennyezzük, p-típusú félvezető jön létre.

31 A fotoellenállásnál a megvilágításra, a termisztornál a melegítésre bekövetkező ellenállás-csökkenést hasznosítják. Különböző fény- vagy hőérzékelő műszerek, automata berendezések fontos alkatrészei.

32 A dióda egy p- és egy n-típusú félvezető rétegből áll. A p- és az n-réteg találkozásánál a negatív elektronok és a pozitív lyukak semlegesítik egymást. Ezáltal egy szigetelő határréteg alakul ki. Záró irányú kapcsolásnál az n-réteghez az áramforrás pozitív, a p- réteghez az áramforrás negatív pólusát kötjük, a határréteg kiszélesedik, a dióda nem vezeti az áramot. Nyitó irányú kapcsolásnál a p-réteghez kapcsoljuk a pozitív pólust, n-réteghez a negatív pólust, a határréteg szigetelő jellege megszűnik, a dióda vezeti az áramot. A dióda felhasználható a váltakozó feszültség egyenirányítására.

33 A tranzisztor három rétegének elnevezése: emitter (E), bázis (B) és kollektor (C). A rétegek jellegétől függően van pnp­tranzisztor és npn-tranzisztor. A kétféle típus működési elve és felhasználása is hasonló. A tranzisztorokat az elektrotechnikában széles körben felhasználják áramváltozások felerősítésére.

34 Egy mm 2 nagyságrendű félvezető lapka akár milliónyi integrált alkatrészt is tartalmazhat. A technika mai szintjén a tranzisztorokat, más áramköri alkatrészekkel (dióda, ellenállás, kondenzátor stb.) együtt rendszerint egymástól elválaszthatatlanul, kis szilíciumlapon alakítják ki a félvezető kristály különböző típusú, mértékű és formájú szennyezése útján. Ez az integrált áramkör (IC).

35 Válasz:A krumpliba szúrt cink– és rézlemez galvánelemet alkot. A krumpli sejtnedvei jelentik az elektrolitot, amibe ha két különböző fémlemez merül, akkor a lemezek közötti feszültséget az érzékeny műszer mutatja. Kérdés:Lapos cink-, illetve rézlemezhez feszültségmérőt csatlakoztattak. Ha a két lemezt egyszerre ugyanabba a krumpliba szúrják, akkor a műszer feszültséget jelez. Hogyan magyarázható a tapasztalat? Kérdés:Az elektromos energiát sok területen akkumulátorokban tárolják. Mi az ólomakkumulátor működésének az alapja? Válasz:Az akkumulátorok egyenfeszültségű feszültségforrások. Az akkumulátorok működési elve megegyezik a galvánelemekével, ha azonban a használat során kimerülnek, akkor megfelelő irányú árammal újratölthetők.

36 Válasz:Olyan anyagot kell választani, amelyekben nincs töltéssel rendelkező, elmozdítható részecske. Ezen kívül még jól formálható és olcsón előállítható anyag szükséges. A műanyagok rendelkeznek ezekkel a tulajdonságokkal. Kérdés:Miért műanyagból vannak a vezetékek szigetelőanyagai? Kérdés:Milyen fémekből célszerű készíteni az elektromos vezetékeket? A választ indokoljuk! Válasz:Az elektromos vezetékeket olyan fémekből célszerű készíteni, amelyek az elektromos áramot jól vezetik és alacsony az áruk. Vezetőképesség szempontjából legjobb az ezüst, majd a vörösréz és végül az alumínium. Ár tekintetében fordított a sorrend, és magas ára miatt az ezüst nem jön számításba.

37 Válasz:A műszer mindenképpen a rajta átfolyó áramerősségét méri, de az áramerősség helyett a vele arányos U=I·R b feszültséget jelzi a műszer, ahol R b a mérőműszer saját belső ellenállása. Kérdés:Miért lehet ugyanazt a műszert áramerősség és feszültség mérésére is használni? Kérdés:Mi az oka annak, hogy az izzólámpák rendszerint a bekapcsolás pillanatában égnek ki? Válasz:A kicsi hidegellenálláson induló nagy áramerősség és a gyors felmelegedés okozza a kiégést.

38 Válasz:A fűtőszál ellenállása sokkal nagyobb, mint a vasalózsinóré, ezért az elektromos teljesítmény is a fűtőszálon keletkezik. A vasalózsinórra jutó elektromos teljesítmény elhanyagolható. Kérdés:Miért nem melegszik fel a vasalózsinór, annak ellenére, hogy rajta ugyan olyan erősségű áram folyik, mint a vasalóban izzó fűtőszálon? Kérdés:Miért világít gyengébben az autó fényszórója, amikor az indítómotort bekapcsoljuk? Válasz:Indításkor nagy az áramfelvétel. A nagy áramerősség megnöveli a belső ellenálláson eső feszültséget, így a kapocsfeszültség lecsökken, a fényszóróra kisebb teljesítmény jut.

39 Normál állapotú levegőben közelítően m az elektron szabad úthossza és J a molekulák ionizációs energiája. Mekkora térerősség esetén képes az elektron ionizálni? Az ütközési ionizáció 6,25·10 6 V/m térerősségnél indul be. Adatok: Képlet: Számolás: Válasz:

40 Válasz:Az áramerősség a vezető keresztmetszetén egységnyi idő alatt áthaladó töltésmennyiség. Jele:I. Mértékegysége: A (amper) Kérdés:Értelmezd az áramerősség fogalmát!

41 Válasz:A fogyasztón átfolyó áram erőssége egyenesen arányos a fogyasztón eső feszültséggel. Kérdés:Írd le Ohm törvényét!

42 Válasz:A fogyasztón eső feszültség és a fogyasztón átfolyó áram hányadosa a fogyasztó ellenállása. Jele:R. Mértékegysége:  (ohm) Kérdés:Írd le az elektromos ellenállás fogalmát!

43 Válasz:A fémes vezető ellenállása egyenesen arányos a vezető hosszával (l) és fordítottan arányos a keresztmetszetével (A). Az arányossági tényező az anyagi minőségre jellemző fajlagos ellenállás (  ). Kérdés:Mitől függ a fémes vezető ellenállása?

44 Válasz:A hőmérsékletváltozás következtében létrejövő ellenállás- változás egyenesen arányos a hőmérséklet-változás és a nulla fokon mért ellenállás szorzatával, az arányossági tényező az  -val jelzett hőfoktényező. Kérdés:Hogyan függ a fémes vezető ellenállása a hőmérséklet megváltozásától?

45 Válasz:Az áramforrást úgy modellezhetjük, hogy a kapcsai (kivezetései) között van egy állandó U 0 üresjárási feszültséget biztosító feszültségforrás és egy állandó R b belső ellenállás, amely sorosan kapcsolódik az R k külső ellenállással. U 0 =U k +U b ahol U 0 az áramforrás üresjárási feszültsége, U k a kapocsfeszültsége. Ezért Ohm törvénye teljes áramkörre: Kérdés:Értelmezd Ohm törvényét teljes áramkörre!

46 Válasz:A félvezető anyagok elektromos vezetőképességük alapján a fémek és a szigetelők közé sorolhatók. Alacsony hőmérsékleten és sötétben szigetelőként viselkednek, megvilágításra vagy melegítésre vezetővé válnak. Félvezető anyagok például a szilícium, a germánium és a szelén. Kérdés:Mit nevezünk félvezetőnek? Írj rá példát is!

47 Válasz:A dióda egy p- és egy n-típusú félvezető rétegből áll. A p- és az n-réteg találkozásánál a negatív elektronok és a pozitív lyukak semlegesítik egymást. Ezáltal egy szigetelő határréteg alakul ki. A dióda felhasználható a váltakozó feszültség egyenirányítására. Kérdés:Mit nevezünk diódának, és mire használható?

48


Letölteni ppt "=. Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük. Erősebb elektromos áramról beszélünk, ha az áramlás keresztmetszetén ugyanannyi idő alatt."

Hasonló előadás


Google Hirdetések