A váltakozó áram

10. osztály

A váltakozó feszültség és áram

A váltakozó feszültség és áram

A fluxusnövelés és- csökkentés váltakozva is történhet. Ha rúdmágnest forgatunk tekercsek előtt, a tekercsekhez kapcsolt műszer váltakozva ellentétes irányú kitéréseket jelez.

A kapott feszültség váltakozó feszültség.

A folytonosan változó indukált feszültséget az összefüggés fejezi ki. esetében a keret síkja az indukcióvonalakkal párhuzamos.

A váltakozó feszültség és áram

• A mágneses térben forgatott tekercsben (vezetőkeretben) indukált váltakozó feszültség nagysága és iránya – szinuszfüggvénnyel leírható módon – periodikusan változik.

A váltakozó feszültség és áram

• A hálózati feszültség:• Frekvencia: • Periódusidő:

• A váltakozó áram hőhatását ugyanúgy tapasztaljuk, mint az egyenáramét. A vezető felmelegedése független az áram irányától.• A váltakozó áram mágneses tere viszont az áram egy

periódusa alatt felépül, majd megszűnik, azután ellentétes irányban újra létesül, majd ismét megszűnik.A váltakozó áram időben változó mágneses teret kelt.

A váltakozó áram effektív jellemzői

A váltakozó áram effektív jellemzői

• A váltakozó áram pillanatnyi teljesítményét az egyenáramra érvényes képlet alapján határozhatjuk meg:

A váltakozó áram effektív jellemzői

• Az effektív teljesítmény annak az egyenáramnak a teljesítményével egyenlő, amely adott idő alatt ugyanannyi munkát végezne a fogyasztón, mint amennyit a kérdéses váltakozó áram végez.

A váltakozó áram effektív jellemzői

• Valamely vezetőben folyó váltakozó áram effektív áramerőssége annak az egyenáramnak az erősségével egyenlő, amelynek hatására a vezető ugyanannyi idő alatt ugyanannyi hőt ad át a környezetének.

Induktív ellenállás

Induktív ellenállás• Önindukciós tekerccsel

sorba kapcsolt izzót egyszer egyenáramú, majd váltakozó áramú körbe kapcsolunk, mindkét esetben ugyanakkora feszültségre. Az izzó a váltakozó áramú körben gyengébben világít.

Induktív ellenállás• Az önindukciós tekercset

tartalmazó vezetőkör ellenállása váltakozó áram esetén nagyobb, mint egyenáram esetén. A jelenség oka az önindukció.• Lenz törvénye értelmében

akadályozza az indukáló folyamatot. Ezért nagyobb a tekercs ellenállása váltakozó áram esetén.

Induktív ellenállás• Az önindukció miatt fellépő ellenállást induktív ellenállásnak nevezzük.• Jele:

• Ha az áramforrás frekvenciáját változtatjuk, az induktív ellenállás is változik; nagyobb frekvencia esetén nagyobb. (egyenes arányosság)

• (L: önindukciós együttható)

Induktív ellenállás• Kapcsoljunk váltakozó

feszültségű áramforrás sarkaira párhuzamosan önindukciós tekercset és tolóellenállást, mindegyikkel sorba egy-egy zsebizzót. A tolóellenállással beszabályozzuk, hogy a két izzó azonos fénnyel világítson. • Az izzók a frekvencia

ütemében felvillannak, de a tekerccsel sorba kötött izzó mindig később.

Induktív ellenállás• A tolóellenállással sorba

kötött izzó a feszültséget, a másik az áramerősséget jelzi.• Az áram késik a

feszültséghez képest.• A fáziskésés szöge:

• Ha az áramkör ohmikus ellenállása elhanyagolhatóan kicsiny, akkor az áram éppen -kal késik a feszültséghez képest.

Kapacitív ellenállás

Kapacitív ellenállás• Egyenfeszültség esetén a

ködfénylámpa a forgó-kondenzátor egyik állása mellett sem világít.• Váltakozó feszültség

esetén egy periódus alatt kétirányú folyamat megy végbe.

Kapacitív ellenállás• Az első félperiódusban a

kondenzátor feltöltődik, majd a kondenzátor fegyverzeteit összekötő vezetéken keresztül a töltések kiegyenlítődnek.• A következő félperiódusban

ellentétesen töltődik fel, és ismét kiegyenlítődik.

A kondenzátor tehát nem akadályozza meg, hogy az izzólámpán keresztül az elektromos töltések a váltakozó

feszültség periódusának megfelelően ide-oda történő áramlást végezzenek.

Kapacitív ellenállás• Ha változtatjuk az izzólámpával sorba kötött

kondenzátor kapacitását, az izzó fényének erőssége is változik. Növekvő kapacitás esetén az izzó jobban világít, jelezve, hogy az áramkör ellenállása kisebb lett.• Ha változtatjuk az áramforrás frekvenciáját, az izzó

fényében szintén változás következik be. Növekvő frekvencia esetén az izzó szintén jobban világít. Az áramkör ellenállása ismét kisebb.• A váltakozó áramú áramkörben a kondenzátor

ellenállásként szerepel. Ezt az ellenállást kapacitív ellenállásnak nevezzük.

• Jele:

Kapacitív ellenállás• A kapacitív ellenállás fordítottan arányos a

kondenzátor kapacitásával és a váltakozó feszültség frekvenciájával.

•

Sorosan kapcsoltváltakozó áramú ellenállások

Sorosan kapcsoltváltakozó áramú ellenállások

• Az eredő ellenállást impedanciának nevezzük.• Jele: • Kiszámítása:

• Megjegyzés: Az impedancia a váltakozó áramú ellenállás; váltóáramú elektromos hálózatban a komplex feszültség és a komplex áram értékeinek a hányadosa. Mértékegysége az ohm.

Sorosan kapcsoltváltakozó áramú ellenállások

Soros RL-kör Impedancia

Sorosan kapcsoltváltakozó áramú ellenállások

Soros RC-kör Impedancia

Sorosan kapcsoltváltakozó áramú ellenállások

Soros LC-kör Impedancia

Sorosan kapcsoltváltakozó áramú ellenállások

Soros RLC-kör Impedancia

A váltakozó áram munkája és teljesítménye

Transzformátor

A transzformátor egy villamos gép, nyugvó szerkezet, amely a váltakozó áramú feszültséget és áramerősséget

alakítja át.

Transzformátor• Ha a primer tekercsben

váltakozó áram folyik, a szekunder tekercsben azonos frekvenciájú váltakozó feszültség indukálódik.

• A jelenség oka: a nyugalmi indukció.• A primer tekercsben a

váltakozó áram által létrehozott fluxusváltozás – a közös zárt vasmag miatt – a szekunder tekercsben is ugyanakkora.

𝑈=𝑁 ∙∆Φ∆ 𝑡

Transzformátor