Egyenáram KÉSZÍTETTE: SZOMBATI EDIT

1. Elektromos áram EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM

3. EGYSZERŰ ÁRAMKÖR EGYENÁRAM 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

GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF 6. KIRCHHOFF TÖRVÉNYEK KIRCHHOFF I. TÖRVÉNYE – CSOMÓPONT TÖRVÉNY - EGY ÁRAMKÖRI CSÓMÓPONTRA IGAZ - A CSOMÓPONTBA BEFOLYÓ ÁRAMERŐSSÉGEK ÖSSZEGE EGYENLŐ A CSOMÓPONTBÓL KIFOLYÓ ÁRAMERŐSSÉGEK ÖSSZEGÉVEL: - 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. GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF (1824-1887) EGYENÁRAM

6. KIRCHHOFF TÖRVÉNYEK EGYENÁRAM  KIRCHHOFF II. TÖRVÉNYE – HUROKTÖRVÉNY - 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 GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF (1824-1887) 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 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 áram- osztás értelmében, gyakorlatilag minden elektron, azaz a teljes áram a dróton folyik át. Az R1ellenálláson így nem folyik áram. EGYENÁRAM

9. Áramerősség mérése EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM 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 EGYENÁRAM (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 EGYENÁRAM (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 EGYENÁRAM (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 EGYENÁRAM (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 Joule-hőnek nevezzük. A elektromos áram teljesítménye: EGYENÁRAM

12. feladatok EGYENÁRAM