ElektromosságElektrosztatika

Egyenáram

Készítette: Czeilingerné Somogyi Katalin

Jelmagyarázat

FőmenüVége

Vissza Tovább

Főmenü

Tudósok

Eszközök

Feladatok

Mennyiségek

Témakörök

TÉMAKÖRÖK

• A testek elektromos állapota

• Az elektromos áram• Az elektromos

áramkör• Fogyasztók

kapcsolása • Az elektromos munka

• Az elektromos feszültség

• Az elektromos ellenállás

• Az elektromos teljesítmény

• Az elektromos áram hatásai

A testek elektromos állapota

A testek részecskéinek szerkezeteTestek elektromosságaElektromos töltés

A testek részecskéinek szerkezete• Minden test részecskékből, atomokból

vagy több atomból álló molekulákból épül fel.

• Az atomok is összetettek: elektronok, protonok és neutronok találhatók bennük.

• Az elektronok az atommag körüli elektromos mezőben mozogva „elektronfelhőt” alkotnak.

Az atom részei

- elektromos szempontból semleges

- pozitív elektromos tulajdonságú- helyhez kötött

Proton :

- negatív elektromos tulajdonságú- elmozdulhat, ún. „szabad elektron”

Elektron :

Neutron :

Testek elektromossága

Negatívha a testben

elektrontöbblet van

Pozitívha a testben elektronhiány

van

Semlegesha a testben az elektronok és a

protonok száma egyenlő, eloszlásuk egyenletes

kölcsönhatásuk

Az elektromos kölcsönhatás megnyilvánulása

Vonzás— különböző

elektromos állapotú testek között

— bármilyen anyagú test és az elektromos mező között

Taszítás— megegyező elektromos

állapotú testek között

Hogyan hozható elektromos állapotba egy test?

Dörzsöléssel Érintéssel Elektromos megosztással

A testek elektromos állapotát jellemző mennyiség az elektromos töltés.

Jele : Q

Mértékegysége :coulomb ( C )

Elektromos töltés

Elektromos megosztásA külső elektromos mező megszűnteti az eredetileg semleges fémtestben az elektronok egyenletes eloszlását.

ÉrintésHa egy elektromosan semleges testhez egy elektromos állapotban lévő testet érintünk, akkor megváltozik benne az

elektronok száma, a semleges test elektromos állapotba került.

Kattints!

DörzsölésA különféle anyagú testek

szoros érintkezéssel, azaz dörzsöléssel elektromos állapotba kerülnek.

Az ilyen testek elektromos állapota kétféle:

pozitív (+) ill. negatív (-)

Az elektromos áram

Vezető és szigetelő anyagok

Az elektromos áram

Áramerősség

Elektromos vezetés szempontjából az anyagok

Vezetők Az elektromos tulajdonságú részecskék „könnyebben” elmozdulhatnak

Szigetelők

Az elektromos tulajdonságú részecskék „nehezebben” mozdulhatnak el.

Félvezetők Bizonyos feltételek mellett szigetelők, máskor vezetők.

Az elektromos áram

Az elektromos tulajdonságú részecskék / elektronok, ionok / egyirányú, rendezett mozgása.

Az áramerősség

• Az áramerősség megmutatja, hogy mekkora a vezető keresztmetszetén 1 s alatt átáramlott elektromos tulajdonságú részecskék együttes töltése.

• Jele : I• Mértékegysége : amper ( A )• Kiszámítása : I = Q / t• Mérése : ampermérővel

Mikor nagyobb az áramerősség?

• Ugyanannyi idő alatt több az átáramlott részecskék együttes töltése

Q1 > Q2

t1 = t2

I1 > I2

• Ugyanannyi össztöltésű részecske kevesebb idő alatt áramlik át

Q1 = Q2

t1 < t2

I1 > I2

Az elektromos áramkör

Mérőműszerek

Áramkörök

Elektromos fogyasztók

Áramforrások

Áramforrások

Azokat a berendezéseket, amelyek elektromos mezőt, és így elektromos áramot tartósan képesek fenntartani, áramforrásoknak nevezzük.

Ilyenek a galvánelemek, mint pl.

zsebtelepVolta-elem

akkumulátor

Galvánelemek

Azok az áramforrások, amelyekben kémiai kölcsönhatás közben jön létre a tartós elektromos mező.

Felépítése:

pozitív elektróda (szénrúd)

barnakőelektrolit

(ammónium-klorid)

negatív elektróda (cinkköpeny)

Elektromos fogyasztók

Azok a berendezések, amelyekben az elektromos áram áthaladásakor céljainknak megfelelő változások jönnek létre.

Áramkörök• A vezetékkel összekapcsolt áramforrás és

fogyasztók áramkört alkotnak.• Tartós elektromos áram csak zárt áramkörben

jöhet létre.

Elektronok áramlása

Technikai áramirány

Áramköri jelölések

elektromos csengő:

izzólámpa:

elektromotor:

ellenállás:

vezeték:

elem:

zsebtelep:

hálózati áramforrás:

Kapcsolók:

Fogyasztók kapcsolásaSoros Párhuzamos

• csak egy útja van

• csak egyszerre • külön-külön is

Az elektronok áramlásának

A fogyasztók• több útja van

működnek

főág

mellékág

mellékág

Mérőműszerek használata• Működésük az áram mágneses

hatásán alapszik• A műszer pozitív (+) jelű

kivezetéséhez az áramforrás (+) pólusát kell csatlakoztatni

• Az áramforrás (-) pólusát a megfelelő méréshatárhoz kell kapcsolni

(+) pólusa (-) pólusaáramforrás

• A mérést mindig a nagyobb méréshatártól kezdjük

Ampermérő

• Mindig a rajta áthaladó áram erősségét méri

• A fogyasztóval sorosan kell kapcsolni

• Nem szabad fogyasztó nélkül használni!

• Áramköri jelölése : A

Voltmérő• Az áramkör azon két pontja

közé kell kapcsolni, amelyek közötti feszültséget meg akarjuk mérni

• A fogyasztóval párhuzamosan kell kötni

• Fogyasztó nélkül is mérhetünk vele

• Áramköri jelölése : V

Mh = 2,5 A

a =legnagyobb beosztás Mh=méréshatár lé=leolvasott érték I = mért érték

Mérőműszerek leolvasása

:2

:2

?

?

Mh = 25 V a = 5b)

*5

*5

a = 5a) Például:

lé = 4,5 I = 4,5:2 A =2,25 A U = 4,5*5 V= 22,5 V

lé = 4,5

Soros kapcsolás

• Valamennyi fogyasztónál ugyanakkora az áramerősség I=I1=I2=I3

U=U1+U2+U3

R=R1+R2+R3

R=U/I

• A fogyasztók kivezetései között mért feszültségek összege egyenlő az áramforrás kivezetései között mért feszültséggel• Az eredő ellenállás az egyes fogyasztók ellenállásainak összege

Párhuzamos kapcsolás

• Az eredő ellenállás az áramforrás feszültségének és a főágban mért áramerősségének a hányadosa

• A fogyasztók kivezetései között mért feszültség egyenlő az áramforrás pólusai között mért feszültséggel

• A főágban folyó áram erőssége egyenlő a mellékágakban folyó áramok erősségének összegével I=I1+I2+I3

U=U1=U2=U3

R=U/IR<R1 R<R3

Elektromos munkaAz elektronok

mozgatásakor az elektromos mező munkát végez.

Mitől függ ez a munka?• az átáramlott töltés nagyságától• az elektromos mező erősségétől• az adott mező mely két pontja között történik

a munkavégzés

Kiszámítása

Az elektromos munka kiszámítása

• Jele : W

• Mértékegysége : joule (J)

• Kiszámítása : W = Q*U

W = U*I*t

Elektromos feszültség• A feszültség megmutatja, hogy mennyi

munkát végez az elektromos mező, miközben 1C töltést a mező egyik pontjából a másikba áramoltat.

• Jele : U• Mértékegysége : volt (V)• Kiszámítása : W / Q• Mérése : voltmérővel

Elektromos ellenállás

• Elektromos fogyasztók ellenállása

• Ohm törvénye

• Vezetékek elektromos ellenállása

• Eredő ellenállás

Fogyasztók ellenállása

A fogyasztóknak azt a tulajdonságát, hogy anyaguk részecskéi akadályozzák az elektromos tulajdonságú részecskék áramlását, elektromos ellenállásnak nevezzük.

Kiszámítása

Melyik fogyasztó ellenállása nagyobb?

• Amelyikben ugyanolyan feszültségű áramforrás kisebb erősségű áramot hoz létre

U1 = U2

I1 < I2

R1 > R2

• Amelyikben ugyanakkora erősségű áram létrehozásához nagyobb feszültségű áramforrás kell

U1 > U2I1 = I2

R1 > R2

Ohm törvénye

Egy adott fogyasztón átfolyó elektromos áram erőssége egyenesen arányos a fogyasztó kivezetései között mért feszültséggel.

I ~ U

• Bármely fogyasztó ellenállása a kivezetésein mért feszültség és a rajta átfolyó áram erősségének a hányadosa.

• Jele : R• Mértékegysége : ohm ()• Kiszámítása : R = U / I• Áramköri jele :

Az elektromos ellenállás kiszámítása

Vezetékek elektromos ellenállása

• Függ : - a vezető hosszától (R~l)

- a vezető keresztmetszetétől (R ~ 1A) - a vezető anyagától (fajlagos ellenállás)

• Kiszámítása : R = *(l/A)

huzalellenállások

• Fajlagos ellenállás : az anyagokra jellemző, megadja, hogy az adott anyag 1m hosszú, 1mm2 keresztmetszetű darabjának mekkora az ellenállása.

• Jele : (ro)• Mértékegysége : *mm2/m

Fajlagos ellenállás

Eredő ellenállás

• Párhuzamosan, sorosan kapcsolt fogyasztók helyettesíthetők egyetlen fogyasztóval. Ennek a helyettesítő fogyasztónak az ellenállását nevezzük eredő ellenállásnak.

• Kiszámítása :

PárhuzamosSoros

Teljesítmény

• A teljesítmény megmutatja az 1s alatt bekövetkező energiaváltozást.

• Jele : P• Mértékegysége : watt (W)• Kiszámítása : P = E / t

P = U*I

• Azt a mennyiséget, amely az állapotváltozásokat gyorsaság szempontjából jellemzi, teljesítménynek nevezzük.

Az elektromos áram hatásai

Mágneses

Hőhatás Kémiai

Élettani

Hőhatás

• az elektromos mező gyorsítja a szabad elektronokat

• az áramló elektronok a helyhez kötött részecskékkel ütközve lelassulnak, és azokat élénkebb rezgésre kényszerítik

• az élénkebben rezgő részecskéjű, tehát felmelegedett vezető felmelegíti

környezetét

Az elektromos áram hőhatása több, egymáshoz kapcsolódó kölcsönhatás eredménye :

Eszközök

Hőhatáson alapuló eszközök

Olvadóbiztosítékok

Izzólámpa

Kémiai hatás

• A szabadon mozgó ionokkal rendelkező folyadékokat elektrolitoknak nevezzük.Pl.: a sók, savak, lúgok vizes oldata

• Az elektrolitokban az ionok rendezett mozgása az elektromos áram.

• Az elektrolitok áramvezetése következtében az elektródákon bekövetkező változásokat

elektrolízisnek nevezzük.

Eszközök

Kémiai hatáson alapuló eszközökGalvánelemek

Addig működnek, amíg a kémiai változásaikhoz szükséges valamelyik anyag teljesen átalakul.Akkumulátor

elektrolízissel ismételten

galvánelemmé alakítható

Élettani hatás

Az élő szervezetek sejtnedve elektrolit, tehát vezeti az elektromos áramot

Leggyakoribb hatása :- izom összehúzódás- égési sérülések- sejtnedvek összetételének megváltozása

Már a 0,1 A erősségű áram is lehet halálos!

Mágneses hatás

Az áramjárta tekercs körüli mágneses mező erőssége függ: - áram erősségétől- menetszámtól- vasmagtól

Áramjárta vezető körül mágneses mező van

Elektromágnes :áramjárta vasmagos tekercs

Tudósok

• Coulomb

• Ampere

• Franklin

• Volta

• Faraday

• Ohm

• Watt

• Edison

• Bródy Imre

• Galvani

Charles Augustin de Coulomb(1736-1806)

• Egyik legfontosabb találmánya:torziós (csavarási) mérleg, amelyet nagyon kicsi erőhatások mérésére használt

• Francia fizikus, az elektromos töltés mértékegységét róla nevezték el• matematikai és fizikai tanulmányait befejezve katonai pályára lépett

André Marie Ampére(1775-1836)

• Francia fizikus, kémikus és matematikus

• az áramerősség mértékegységét róla nevezték el

• Ő volt az első, aki az elektromos áram fogalmát érthetően meghatározta

Benjamin Franklin(1706-1790)

• Amerikai természettudós, államférfi és író volt

• Elektromos töltések természetével foglalkozott• Kísérleteihez a töltéseket a viharfelhőkből gyűjtötte, ún. „elektronikus sárkánnyal”• A villámhárító feltalálója

Alessandro Volta(1745-1827)

• Olasz fizikus, de a költészet is érdekelte

• A feszültség mértékegységét róla nevezték el

Felfedezése : a fémek érintkezési elektromosság szerint feszültségi

sorba rendezhetők

Volta-oszlop

Michael Faraday(1791-1867)• Angol fizikus• A kapacitás mértékegységét róla

nevezték el

Georg Simon Ohm(1787-1854)

• Tudományos megfigyeléseinek eredményeit „A fémek áramvezető képességét szabályozó törvény meghatározása”című munkájában foglalta össze (Ohm törvény)

• Német fizikus

• Az ellenállás mértékegységét róla nevezték el

James Watt(1736-1819)• Angol technikus• A teljesítmény

mértékegységét róla nevezték el

• Ő alkotta meg az első igazán használható gőzgépet

Edison(1847-1931)• Amerikai

feltaláló• Nevéhez

fűződik az első, gyakorlatban is jól használható izzólámpa készítése

Bródy Imre

• Az Egyesült Izzó mérnöke• Kutatásainak eredményeként 1936 óta a

nagyobb teljesítményű izzólámpák üvegbúrájának töltésére kriptongázt alkalmaznak

Luigi Galvani(1737-1798)• Olasz anatómia-professzor• békacombos kísérlete az

elektromosság vizsgálatát jelentősen előmozdította

Fizikai mennyiségekNeve Jele Mértékegysége Kiszámítása

Elektromos töltés Q C Q = ItÁramerősség I A, mA I = Q/t I = U/R

Idő t s, min, h t = Q/IElektromos munka W J, kJ W = QU, W = UIt

Feszültség U V, kV U = W/Q U = IRElektromos ellenállás R R = U/I

Elektromos teljesítmény P W, kW P = W/t P = UI