Az elektromos áram.

Az előadások a következő témára: "Az elektromos áram."— Előadás másolata:

1 Az elektromos áram

2 Az elektromos áram történetéből
Stephen Gray ( ) Newton tanítványa volt, ismerte Hawksbee eredményeit az elektromosság területén. További kísérleteket végezve bebizonyította, hogy a töltések a vezetők felszínén helyezkednek el. (Egy tömör és egy üreges tölgyfakockát azonos mértékben feltöltött, azok pedig ugyanolyan erősségű töltést mutattak.) Az elektromos vezetést véletlenül fedezte fel: Egy üvegcsövet dugóval zárt le mindkét végén, hogy megóvja a portól, de amikor kívülről letörölgette, azt tapasztalta, hogy nemcsak az üvegcső, hanem a dugók is feltöltődtek. Ekkor további eszközöket illesztett a csőhöz, többek között kenderkötelet is, ami nedvesen vezeti az áramot. Az első vezeték, amit megépített 12 m hosszú volt, és az erkélyéről lógatta le.

3 Már régóta ismert volt a halászatból élő emberek számára, hogy bizonyos halfajták, a rája, a harcsa és az angolna egyes fajai furcsa ütésekkel bénítják meg áldozataikat. A tudósok számára ez hasonlított a leideni palack ütéseihez. Henry Cavendish ( ) angol fizikus igazolta a két jelenség azonosságát, és megfogalmazta az elektromosság intenzitását. Luigi Galvani (1737 – 1798) orvosként is érdekelte a jelenség, békákon kísérletezett. A feldarabolt, kipreparált békát olyan asztalra helyezte el, amelyen az elektromozó gépe is állt, és éppen működött. Az egyik segédje szikével véletlenül megérintette a béka egyik combidegét, ami összerándult. Egyik kísérlete közben összekötötte rézdróttal a békacombokat, de azok véletlenül az erély vaskorlátjához értek, ekkor nagy meglepetésére megismétlődött a jelenség. Galvai, tudtán kívül, megalkotta a nevéről ismert galván-elem ősét. Az áram igazi mibenlétét azonban nem ismerte fel, azt tartotta, hogy az elektromosság az életjelenségek indítéka.

4 Alessandro Volta ( ) Galvani eredményeit felhasználva továbbfolytatta a kísérletezést, de béka helyett önmagán. Egy fémdarabot tett a felső szemhéjára, egy másikat pedig a szájába vett. A két fémet összekötötte, ekkor fényes felvillanásokat látott, amit helyesen, a látóideg ingerlésének hatásával magyarázott. További kísérletében egy fémdarabot tett a nyelve közepére, majd a hozzárögzített sztaniolcsíkot a nyelve hegyéhez nyomta. Ennek eredményeként savanykás, földes ízt érzett, ami addig tartott, amíg a sztaniol vége a szájában volt. Kísérleteiből azt a következtetést vonta le, hogy az elektromosság nem az állatok testéből ered, hanem a jelenségek csak jelzik az áram jelenlétét. Arra is rájött, hogy az elektromos áram létrejöttéhez két különböző fémre és egy folyékony halmazállapotú vezetőre van szükség.

5 Galván-elemhez hasonló eszközt már kétezer évvel ezelőtt is készítettek, ennek bizonyítéka az Irakból előkerült egyik lelet a bagdadi elem. Egy 15 cm magasságú, agyagból készített vázát találtak, melyben szurokkal rögzített rézhenger volt, ennek belsejében pedig szurokdugóval rögzített vasrúd, melynek vége kb. 1 cm-re kiállt a dugóból. Más ásatásoknál is találtak ilyen eszközöket, itt még azt is ki tudták mutatni, hogy ezeket sorba kötötték. A vizsgálatok során az ép leletek egyikét 5%-s borecettel töltötték fel, amely 18 napig működött, 0,5 V feszültséget biztosítva.

6 francia fizikus, kémikus
Az Elektromos áram Az elektromos áram elektromosan töltött részecskék áramlásából adódik. A részecskék lehetnek pozitív vagy negatív töltésűek. A töltések mozgását hasonlíthatjuk a folyadékok és a gázok áramlásához. Itt az áramcső a vezető anyag, az áramló részecskék pedig a töltések. Az elektromos áram erőssége a vezető valamely keresztmetszetén áthaladó Q töltés és az áthaladás időtartamának  t hányadosa: André-Marie Ampère   (1775.– 1836.)  francia fizikus, kémikus Mértékegysége: 1 A az áramerősség, ha 1 C töltés 1 s alatt áramlik át a vezető adott keresztmetszetén.

7 Antonio Anastasio Volta
Elektromos feszültség, potenciál Két pont között az elektromos feszültség megadja, hogy mennyi munkát végez a mező egységnyi töltésen, míg a töltés az egyik pontból elmozdul a másikba. Egysége: J/C, röviden 1 V (Volt) Egy tetszőlegesen választott viszonyítási ponthoz képest mért elektromos feszültséget elektromos potenciálnak nevezik.  Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta  (1745. - 1827.) olasz fizikus

8 Mi mozgatja a töltéseket?
Az elektromos vezető egy olyan anyag, ami szabadon mozgó elektromosan töltött részecskéket tartalmaz. (fémekben: vezetési elektronok) Ezek eljutása az egyik helyről a másikra az elektromos áram. Az elektronok rendezett mozgásának létrehozásához „vezeték irányú” erőre (F) van szükség. A vezeték belsejében elektromos teret (E ) hozunk létre, akkor a a benne lévő szabad töltésekre (q) erő hat F=E *q Ez az erő tartja mozgásban a töltéshordozókat. A vezető szakasz két vége között q töltést az elektromos tér E W=F*s munka árán mozgatja. A vezeték két vége között végzett munkából számíthatóan U=W/Q potenciálkülönbség van, mely U=E *s . Ez a potenciálkülönbség szükséges ahhoz, hogy a vezető szakaszban meginduljon a töltésáramlás. Tehát a feszültséget (U potenciál különbséget) tekintjük az elektromos áram (I )okának.

9 Az áram iránya Korábban megállapítottuk, hogy a töltések mindig a kisebb potenciálú hely felé mozognak, ennek megfelelően tehát az áram iránya: megállapodás szerint a pozitív potenciálú hely felől, a kisebb, negatív potenciálú hely felé mutat. Mivel fémes vezetőben a negatív töltésű elektronok mozognak, így a tényleges mozgás iránya ellentétes a megállapodás szerintivel.

10 Az áramkör A vezetékkel összekapcsolt áramforrás és fogyasztó áramkört alkot. Az áramkör lehetővé teszi az elektromos áram felhasználását. Olyan műszaki rendszer, amely egy vagy több áramforrásból, egy vagy több fogyasztóból és további áramköri elemekből áll. Az egyszerű áramkör részei:  - áramforrás - fogyasztó - kapcsoló - összekötő vezeték.

11 Az áramforrás, az áram hatásai
Az áramforrás az áramkör elektron „pumpája”. Az áramkörben az elektronok folyamatos áramlását az áramforrás beiktatásával tartjuk fenn. Fajtái: kémiai (galván elem), elektromos (generátor) Fogyasztók: ellenállás, izzólámpa, elektromotor, Az áram hatásai: vegyi hatás (vízbontás) hőhatás fényhatás (szikra, villám) mágneses élettani

12 Mérések az áramkörben Elektromos áramerősségmérő. Többnyire az áram hő- v. mágneses hatásán alapul a működése. A legfőbb jellemzője a kis belső ellenállás, mert ekkor nem változtatja meg számottevően a mérendő áramerősséget. Az ampermérőt sorba kapcsoljuk a fogyasztóval. A feszültség mérő nagy belső ellenállású műszer, amely a rajta átfolyó áram erősségének függvényében tér ki. Mivel belső ellenállása állandó, a kapcsaira jutó feszültség ezzel az áramerősséggel egyenesen arányos, így skáláját a feszültségre is lehet kalibrálni. A voltmérőt a fogyasztóval párhuzamosan kapcsoljuk, így a műszerre is akkora feszültség esik, mint a mérendő ágra. 

13 Ernst Werner von Siemens
AZ ELEKTROMOS ELLENÁLLÁS Különböző fogyasztók különböző mértékben akadályozzák az elektronok áramlását. A fogyasztóknak azt a tulajdonságát, hogy akadályozzák a szabad elektronok áramlását, elektromos ellenállásnak nevezzük. Ha egy fogyasztót kétszer, háromszor nagyobb feszültségű áramforrásra kapcsolunk, a rajta átfolyó áram erőssége is kétszer, háromszor nagyobb lesz. Az anyagok elektromos vezetőképességének elnevezése a konduktancia, az ellenállás reciproka.  Ernst Werner von Siemens  német feltaláló és gyáralapító

14 Ohm törvénye Egy fogyasztón átfolyó elektromos áram erőssége egyenesen arányos a fogyasztó kivezetései között mért feszültséggel. Ez Ohm törvénye. Georg Simon Ohm (1787–1854) német fizikus A feszültség- és áramerősség-értékek hányadosa állandó: U/I Ez a mennyiség az elektromos ellenállás. Jele: R . R=U/I Mértékegysége: ohm 1ohm=1V/1A Jele: Ω Vezetőképesség: Mértékegysége:

15 A vezető ellenállása A vezetékek ellenállása függ a vezeték anyagától, hosszától, és keresztmetszetétől: R= ρ *l/A ahol R a vezeték ellenállása (mértékegysége: Ω) ρ (ro) a vezeték anyagától függő „fajlagos ellenállás” (mértékegysége: Ωmm2/m; a fajlagos ellenállás 1 m hosszú és 1 mm2 keresztmetszetű vezető ellenállása 20°C hőmérsékleten) l a vezeték hossza (m) A a vezeték keresztmetszete (mm2) Változtatható ellenállás: potenciométer

16 ellenállás függése a hőmérséklettől
A vezető ellenállásának változása arányos a hőmérséklet változásával és egy adott hőmérsékleten (általában 20°C ) mért ellenállásával. Tehát, ahol  α a hőmérsékleti együttható, Mértékegysége:   . Izzólámpa ellenállása Az áramerősség növekedésével növekszik az izzó hőmérséklete és ellenállása. Az izzólámpa izzószálának ellenállása növekszik a hőmérséklet növekedésével. A TERMISZTOR: az elektromos ellenállás hőmérséklet-függőségén alapszik. PTK és NTK félvezető ellenállás

17 Áramköri elemek:

18 szupravezető Heike Kamerlingh-Onnes Nobel-díjas holland fizikus ismerte fel 1911-ben. Az abszolút nulla fok felett néhány fokkal hirtelen megszűnik néhány fém ellenállása. Azt a hőmérsékletet, amelyen bekövetkezik a szupravezetés, az adott fém ugráspontjának nevezik. ólom 7,2 K vanádium 4,89 K higany 4,173 K ón 3,729 K alumínium 1,197 K

19 Az elektromos munka és teljesítmény
Az áramló elektromos töltések energiája a fogyasztón hő- fény- mechanikai, vagy vegyi energiává alakul át, munkát képes végezni. A fogyasztón U feszültség hatására t ideig I áram folyik, akkor a végzett elektromos munka: W = U*I*t Mértékegysége: J (joule) J munka = 1V*1A*1s Az elektromos teljesítmény: P = W/t = U*I*t/t = U*I Mértékegysége: W W = 1V*1A A fogyasztó ellenállásával kifejezve: P = I2*R == U2/R Az elektromos mező által végzett munka megegyezik a fogyasztó leadott hőmennyiségével.

20 Az elektromos fogyasztók
Az elektromos készülékek használata közben bekövetkező energiaváltozást, elektromos munkát fogyasztásnak is szokás nevezni. A fogyasztás függ az időtől. Mértékegysége: kWh Izzólámpa Fényét elektromos áram által felizzított volfrámszál adja, az izzószálat az üvegburában lévő semleges gáz vagy vákuum óvja meg a levegő oxidáló hatásától. Thomas Alva Edison  (1847. – 1931) amerikai elektrotechnikus, üzletember, feltaláló Az angol Humphry Davy 1809-ben alkotta meg az első szénelektródos ívlámpát.

21 áramforrás Az áramforrás olyan eszköz, aminek két kivezetése közt tartósan feszültség mérhető. Az első áramforrás a Volta féle oszlop: Cink és vörösréz lapokból épített oszlop, köztük sóoldatba áztatott bőrkorongok. GALVÁNELEM Kémiai energiát elektromos energiává alakít át. Elemek - Akkumulátorok Savas ólom-akkumulátorok Nikkel-kadmium akkumulátorok (Ni-Cd) Nikkel-metál-hibrid akkumulátorok (Ni-MH) Lítiumion-akkumulátorok A nátrium-kén akkumulátor (Na-S)

22 Az elektromos fogyasztók kapcsolásai
Tartós elektromos áramot áramkörben hozhatunk létre. Az áramkör fő alkotórészei: áramforrás, vezeték, fogyasztó, kapcsoló. Az áramkörben körbeáramlanak a töltéshordozók, melyeket az áramforráson kívül az elektromos mező mozgat, az áramforráson belül pedig szembe mozognak az elektromos mező hatásával. Az áramkörre vonatkozó legfontosabb fizikai mennyiség az áramerősség (I), illetve az áramforrás vagy a fogyasztó sarkain lévő feszültség (U). Az áramforrás elektromos mezője mozgatja a töltéshordozókat a fogyasztón át, ahol különböző energiaátalakulások történnek. Fémes vezetőben az elektromos mező által felgyorsított szabad elektronok a fémrács ionjaival ütközve a vezető és a környezet felmelegedését okozzák.

23 Az elektromos fogyasztók soros kapcsolásai
A több fogyasztót tartalmazó áramkörökbe gyakori, hogy kettő
vagy több fogyasztó áramleágazás nélkül kapcsolódik egymáshoz. Ilyenkor a fogyasztók (ellenállások) soros kapcsolásáról beszélünk. Soros kapcsolásnál a fogyasztókon átfolyó áram erőssége állandó (I1 = I2). Ezért kapcsoljuk sorosan a fogyasztóval az ampermérőt, így mindkettőn ugyanakkora az áramerősség. Az áramforrás feszültsége megegyezik a fogyasztók feszültségeinek összegével (U = U1 + U2). Az áramforrás feszültsége az ellenállások arányában oszlik meg a fogyasztókon. Az eredő ellenállást a részellenállások összege adja: Re = R1 + R2 R=U/I=(U1+U2)/I=U1/I+U2/I=R1+R2

24 Az elektromos fogyasztók párhuzamos kapcsolásai
Ha egy feszültségforrás két kivezetésére úgy kapcsolunk fogyasztókat, hogy egy-egy kivezetésük a feszültségforrás egyik és másik kivezetéséhez kapcsolódik, akkor a fogyasztókat párhuzamosan kapcsoltuk az áramkörbe. A párhuzamosan kapcsolt fogyasztók feszültsége megegyezik (U = U1 = U2). A főágban folyó áram erőssége egyenlő a mellékágak áramerősségeinek összegével (I = I1 + I2). Párhuzamos kapcsolásnál az áramkör eredő ellenállását úgy kapjuk meg, hogy az ellenállások reciprok értékeit összeadjuk, majd vesszük az összeg reciprok értékét.

25 Az elektromos fogyasztók vegyes kapcsolásai
Ellenállás osztó, feszültségosztó, potenciométer alkalmazása: Wheatstone mérőhíd:

26 elektromos fogyasztók kapcsolásainak gyakorlati alkalmazásai
Soros kapcsolás:

27 elektromos fogyasztók kapcsolásainak gyakorlati alkalmazásai
Párhuzamos kapcsolás

28 Elektromos áram folyadékokban
VEZETÉSI JELENSÉGEK Elektromos áram folyadékokban 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. 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.

29 Elektrolízis : Az elektródokon történő anyagkiválás.
Ha az elektrolit oldatba két elektródot helyezünk, majd egyenáramot kötünk rá, az ionok az elektromos erőtér hatására az elektródok felé áramlanak. - a pozitív ionok vagy kationok az elektronfelesleggel rendelkező, negatív töltésű katód felé vándorolnak - a negatív ionok vagy anionok az elektronhiánnyal rendelkező, pozitív töltésű anód felé vándorolnak Vízbontás: A víz elektrolízise során a katódon mindig hidrogén, az anódon pedig oxigén keletkezik, 2:1 arányban.

30 Galvanizálás: fémbevonat készítés

31 galvánelem Különböző anyagú elektródok elektrolitba merülésekor áramforrás, galvánelem keletkezik. Az elektrolízis alkalmas galvánelem előállítására. Ez történik az akkumulátorok töltésénél. Az akkumulátorok használatakor fordított folyamat játszódik le. Ilyenkor a töltés során az akkumulátorban felhalmozott kémiai energia visszaalakul elektromos energiává. Az elektródokon kiváló anyag mennyisége arányos az átáramló töltésmennyiséggel.

32 angol fizikus és kémikus
Az elektrolízis Faraday-féle törvényei Az elektrolízis törvényeinek felfedezése a nagy angol kísérleti fizikus, Faraday nevéhez fűződik. Faraday első törvénye: Az elektródon kiváló anyag tömege (m) arányos az elektroliton átáramló töltés mennyiségével: Michael Faraday ( 1791- 1867)  angol fizikus és kémikus 1 mólnyi, 1 vegyértékű anyag kiválasztásához 96500C töltésmennyiség szükséges Az állandót - Faraday nevéből származtatva - F-fel is jelölhetjük. (A Faraday-állandó megkapható az Avogadro-szám és az elemi töltés szorzataként.) Faraday második törvénye: Különböző anyagok elektrokémiai egyenértékei úgy aránylanak egymáshoz, mint egyenértéktömegeik.

33 Elemi töltés: q=96500C/6,2⋅1023=1,6⋅10−19C
Faraday: Az 1 mólnyi 1 vegyértékű anyag kiválasztásához C töltésmennyiség szükséges. Elemi töltés: q=96500C/6,2⋅1023=1,6⋅10−19C Az elemi töltés pontos és közvetlen mérése Robert A. Millikan  amerikai fizikus nevéhez fűződik (1909.) Kondenzátorlemezek közé porlasztással olajcseppeket juttatott, melyek feltöltődtek. Robert A. Millikan (1868–1953) amerikai fizikus Ff=m*g-Fe Fe=E*Q Valamennyi olajcsepp töltése az q=1,6⋅10−19C egész számú többszörösének adódott.

34 Elektromos áram gázokban
A gázok normál körülmények között jó szigetelők, mert töltéshordozókat csak kis számban tartalmaznak. A levegő is jó szigetelő, nagyfeszültségű távvezetékek szigeteletlen (külső szigetelés nélküli) vezetékkel vannak építve. Átütési szilárdság: Anyag megnevezése E [kV / cm] Levegő 21 Száraz papír 25-40 Titánoxid 20-100 Alumíniumoxid Transzformátor olaj 80-200 PVC Polietilén 200 Polisztirol

35 A villám A villám keletkezése a felhők vízcseppjeinek, jégkristályainak súrlódására, széttöredezésére vezethető vissza. A tulajdonképpeni villámot elővillám vezeti be, amely több lépésben ionizálja a levegőt, és így egyre nagyobb szakaszát vezetővé teszi. A kisülésben szállított töltésmennyiség mindössze 1-2 C, a rövid ideig tartó kisülési időtartam alatt 30-40 000 amperes áramerősség lép fel. A villám sebessége 180 km/s. A hőmérséklet elérheti a 30 000 K-t. Élettani hatása: Villámcsapás esetén az áramütés csak 10-20%-ban halálos, ha van a közelben életmentésre alkalmas személy, aki azonnal beavatkozik. Hallás- és látászavarok lépnek fel és akár órákig is eltarthatnak. áramjegy

36 gázkisülés Elektromos áramot gázokban csak akkor tapasztalhatunk, ha a gázba kívülről töltéseket viszünk, vagy magában a gázban olyan folyamatokat hozunk létre, amelyek töltések kialakulásához vezetnek. Ha a töltött részecskék kívülről érkeznek a gázba és a vezetés külső hatásra megy végbe, akkor nem önálló vezetésről beszélünk. Amennyiben a töltött részecskéket maga a vezetési folyamat hozza létre, akkor önálló vezetésnek nevezzük a jelenséget. A gázkisülés gyakorlati alkalmazásai között a spektrál-lámpák a fénycsövek és a ködfénylámpák a legismertebbek. Különleges körülmények között közönséges nyomású gázokban is kialakulhat önálló vezetés. Ilyen az ív-, a szikra- és a korona kisülés.

37 Ez önfenntartó folyamat.
Gázkisülés légritkított térben (vákuum) Az erős vákuum igen jó szigetelő, azonban ha elektródokat vezetünk egy olyan csőbe, amelyben erős vákuum van, és az elektródokon keresztül töltéshordozókat juttatunk a ritkított gáztérbe, akkor vezetést tapasztalhatunk. A gázok áramvezetése akkor válik jelentőssé, ha bekövetkezik az úgynevezett ütközési ionizáció. Az elektromos tér a töltéshordozókat annyira felgyorsítja, hogy azok a semleges atomokkal, molekulákkal ütközve ion-elektron párokat keltenek. Az ütközési ionizáció lavinaszerű folyamat, amely biztosítja a töltéshordozók utánpótlását.  Ez önfenntartó folyamat. Ritkított gázokban az ütközési ionizációt változatos fényhatások kísérik.

38 A kibocsátott fény színe függ a gáz anyagi minőségétől.
Ütközési ionizáció Az ütközéseknél a gázrészecskék elektronjait magasabb energiájú (gerjesztett) állapotba hozzák, amelyből azok fénykibocsátással kerülnek vissza alapállapotukba. A kibocsátott fény színe függ a gáz anyagi minőségétől. A gázok áramvezetésének gyakorlati alkalmazásai általában a fényhatásokkal függenek össze. Reklám fények: neon lámpák. Kisülési csősorozat: balról jobbra csökken a nyomás:

39 Mágneses mező jellemzése

40 Történeti áttekintés A milétoszi THALÉSZ i.e. 600-ban a kisázsiai MAGNESIA városában, mely a mai Törökország területén található, olyan ércet talált (magnetit nevű vasérc Fe3O4) mely magához vonz apró vasdarabokat és fogva is tarja. Ezeket természetes állandó mágnesnek nevezzük. Iránytű: A hajók és a utazók navigálására is alkalmas mágnestűt Kínában használták először a II. században. Nápolyi hajósok révén a mágnestű a XII. század körül jutott el Európába, és alkalmazták hajókon iránymeghatározásra a XX. század elejéig.

41 Giambattista della Porta
Vannak olyan anyagok, melyeket mágnes közelébe helyezve, majd a mágnest elvéve, átveszik annak tulajdonságát és hosszú időn át meg is tartják. Ezeket az anyagokat ferromágneses anyagoknak, az így előállított mágnest mesterséges állandó mágnesnek nevezzük. A mágnestű észak-déli irányú beállását William Gilbert (I. Erzsébet királyné udvari orvosa) 1600-ban a Föld mágneses hatására vezette vissza.   De Magnete, Magneticisque Corporibus et De Magnó Magnete Tellure (1600) „Az egész Föld úgy tekinthető, mint egy nagy mágnes” William Gilbert ( ) Az első mesterséges mágnest Giambattista della Porta olasz fizikus állította elő.  William Gilbert előtt írt a mágnességről. Számon tartják, mint a hőmérő, a teleszkóp és a gőzerővel történő vízemelés feltalálóját. Giambattista della Porta (1535 – 1615)

42 Gilbert kísérletet mutat be Erzsébet királynőnek

43 Mágneses alapjelenségek
Mágneses erőhatás A mágnesek egymásra és a vastárgyakra erőhatást fejtenek ki. Kölcsönhatás: vonzó és taszító erő is lehet.

44 Mágneses pólusok Pólus görög eredetű szó: forgástengely a Föld tengelye Északi pólus: a mágnes északi irányba mutató pólusa Déli pólus: a mágnes déli irányba mutató pólusa A földi mágneses mező  egy mágneses dipólus, melynek déli mágneses pólusa a földrajzi Északi-sark közelében, az északi mágneses pólusa a földrajzi Déli-sark közelében található. A mező több tízezer km-re terjed ki a világűrbe, ez a  magnetoszféra. A magnetoszféra megvédi a Föld felszínét a napszél töltött részecskéitől. A magnetoszférában a zárt mágneses erővonalak mentén az elektromosan töltött részecskék sugárzási öveket hoznak létre. A Föld sugárzási öveit 1959-ben Van Allen fedezte fel az Explorer-1 műholdas mérései alapján.

45 Van Allen övek A Van Allen sugárzási övezet (röviden: Van Allen-öv) a Föld feletti, elektromosan töltött részecskéket tartalmazó dupla réteg A belső öv a Föld felett km-től 5000 km-ig terjed és MeV (=megaelektronvolt) energiájú protonokból áll, melyet a kozmikus sugárzás hoz létre. A külső öv nagyjából km vastag, legsűrűbb része km magasságban van. A külső öv főleg elektronokból áll.

46 Sarki fény

47 Pólusváltozások A Föld mágneses tere pólusváltozásokat szenved néhány tízezer évtől néhány millió évig tartó periódusok során, átlagosan 250 000 évenként. A legutóbbi ilyen esemény 780 000 évvel ezelőtt volt. A pólusváltás időtartama átlagosan 5000 év, de tarthat 1000-től 20 000 évig is. A Föld mágneses védőpajzsa rohamosan gyengül. A Swarm névre keresztelt küldetés 2009-ben indult útjára. 3 műhold mérései alapján a következő pólusváltás várhatóan 2000 éven belül fog bekövetkezni. A múltban történt pólusváltások ideje alatt a régészeti leletek alapján nem történt tömeges fajpusztulás. A pólusváltás ideje alatt várhatóan a földi életet nem fogja védeni a magnetoszféra.

48 Mágneses mező szerkezete
A mágneses mező vasreszelékkel szemléltethető

49 Az áram mágneses hatása
Oersted kísérlete 1820-ban egy dán fizikus Hans Christian Ørsted észrevette, hogy az árammal átjárt vezető közelében elhelyezett iránytű az áram hatására elfordul. Megállapította, hogy az elektromos áram mágneses teret létesít.  Hans Christian Oersted ( ) dán fizikus, vegyész

50 Mágneses indukció A mágneses tér erősségét jellemző vektormennyiség.
Jele:  B mértékegysége: Tesla  (Vs / m2) (A mágneses indukcióvektor a mező erősségét jellemzi a mágneses mező adott pontjaiban. ) A mágneses indukció nagysága: egyenesen arányos az árammal átjárt vezetők közötti erővel fordítottan arányos a mérőhuzalban folyó áramerősséggel és a huzal hosszával. A mágneses indukció vektor iránya: Az egyensúlyi helyzetbe beállt próbatekercs, vagy iránytű déli pólusából az északi pólusa felé mutató irány.

51 Mágneses indukció mérése
Mágneses mező vizsgálatára alkalmas minden olyan eszköz, amely kölcsönhatásba lép a mágneses mezővel. Magnetométer: lapos, áramjárta tekercs (próbatöltés – „próbamágnes”) A mágneses mező a magnetométerre forgatónyomatékot gyakorol , amíg beáll az egyensúlyi helyzete. A mágneses mező erőssége: B (mágneses indukció) A forgató nyomaték: M=B*N*A*I => B= M/(N*A*I) Magnetométerre jellemző: N*A*I, magnetométer mágneses nyomatéka.

52 Mágneses indukció mértékegysége
A mágneses indukció mértékegysége: T ( tesla) Horvát születésű fizikus, dolgozott a budapesti Ganz gyárban, majd Párizsban és Londonban től az USA-ban Edison munkatársa volt. Nikola Tesla ( )

53 Mágneses indukcióvonalak
Mágneses indukcióvonalak olyan zárt görbék, melyeknek bármely pontjába húzott érintő megadja a mágneses indukcióvektor irányát. A mágneses indukció nagyságát a mágneses indukcióvonalak sűrűsége jellemzi.

54 Mágneses fluxus Egy adott felületen átmenő (merőlegesen) erővonalak száma.  (fi): mágneses fluxus Mértékegysége: Weber Jele: Wb B: mágneses indukció nagysága A: felület nagysága B A Weber, Wilhelm Eduard (1804.–1891.), német fizikus. Barátjával, Carl Friedrich Gauss-szal tanulmányozta a földi mágnességet, és 1833-ban elektromágneses távírót tervezett.

55 Vasmagos tekercs: elektromágnes
Az elektromágnes általában egy lágyvas mag, amelyet legalább egy tekercs vesz körül. Az elektromágnes erőssége függ: a tekercsben folyó áram nagyságától a tekercs menetszámától a vasmag anyagától, relatív permeabilitásától a vasmag alakjától, méretétől,

56 Elektromágnes alkalmazásai