Elektromos Alapismeretek

Elektromos alapismeretek Anyagok Vezetők  elsőrendű (fémek és a szén)  másodrendű (elektrolitok)  harmadrendű (gázok)  vezetőképesség

Félvezetők  anyagi összetevők változása  külső hatás (elektromos- vagy mágneses tér, hő, fény)

Szigetelők  szilárd anyagok (porcelán, üveg)  folyadékok (olajok)  gázok (levegő)  átütési szilárdság

Egyszerű áramkör Nyitott áramkör fogyasztó kapcsoló összekötő vezeték

áramforrás

Elektromos áram Zárt áramkör működő fogyasztó -

-

-

-

-

-

-

-

(+) (-)

-

áramló töltés

Elektromos töltések

-

+ vonzás

+

+

taszítás

taszítás

-

Az elektromos áram

Az áram iránya Itechnikai

Ifizikai

+

+ + +

-

+ + +

-

-

Áramerősség töltésmennyiség

áramerősség

töltésmennyiség mértékegysége

Q I= t

idő

[ Q] = C ( Coulomb)

áramerősség mértékegysége

C [ I ] = = A ( Amper) s

Feszültség

feszültség

W U= Q feszültség mértékegysége

elektromos áram munkája

töltésmennyiség

J [U ] = = V ( Volt ) C

Elektromos ellenállás Elektronok mozgása a vezetőben

elektron

fématom

fématom elmozdulása a hőmozgása miatt

Ohm törvénye

U R= I elektromos ellenállás

feszültségesés

áramerősség

V [ R ] = = Ω ( Ohm ) A elektromos ellenállás mértékegysége

U = I •R U I= R

Áramfajták I

I

t

egyenáram

t

váltakozó áram

Az elektromos áram munkája és teljesítménye Fogyasztó a hősugárzó fűtőszála

I

összekötő vezeték

W =U •Q =U • I •t kapcsoló

U

áramforrás

W P= =U •I t

5. rész vége

Az anyagok közül egyesek jól vezetik az elektromos áramot, ezek a vezetőanyagok. Elsőrendű vezetők a fémek és a szén, másodrendű vezetőanyagok a különböző sók, savak és lúgok vizes oldata, harmadrendű vezetőanyagok a magas hőmérsékletű gázok, a láng. A vezetőanyagoknak kicsi az elektromos ellenállása.

Léteznek olyan anyagok, pl.: a szilícium, germánium amelyek bizonyos körülmények között úgy viselkednek mint a vezetők, máskor mint a szigetelők. => Ezek a félvezetők.

Más anyagok, pl.: a porcelán, a gumi, a levegő, az üveg, a műanyagok nem vezetik az elektromos áramot, ezek a szigetelők. A szigetelőanyagoknak nagy az elektromos ellenállása. A szigetelőanyagok elektromos igénybevételének felső határát az anyagra jellemző átütési szilárdság határozza meg. Az átütési szilárdság azt mutatja meg, hogy 1 cm vastagságú anyag, mekkora feszültség hatására üt át.

Az egyszerű áramkör részei: - áramforrás, - fogyasztó, - kapcsoló és az - összekötő vezeték.

Az áramkörbe kapcsolt fogyasztó – izzólámpa – csak akkor világít, ha az áramkör zárt. Tehát elektromos áram csak zárt áramkörben folyik. Az elektromos áram a szabadon mozgó „töltéshordozók” rendezett mozgásával keletkezik. A töltéshordozók az anyagot alkotó atomok részecskéi. Az atom pozitív töltésű részecskéi a protonok, a negatív töltésű részecskéi az elektronok. Az atom semleges, töltés nélküli részecskéi a neutronok.

A töltéshordozók egymásra különböző hatással vannak. Megfigyelhető, hogy a különböző polaritású töltések vonzzák, míg az azonos polaritású töltések taszítják egymást. A töltések között erőhatás működik, ami a különböző polaritású töltéseket összetartja.

Az elektromos áram iránya: Az áram irányát az áramforrás „+” pozitív sarkától a „-” negatív sark felé folyónak vették még a „szabadon” mozgó elektronok áramlásának felismerése előtt. Ez a technikai áramirány és ezt fogjuk mi is alkalmazni. A fizikai áramirány ezzel éppen ellentétes.

Ha külső erőhatással a különböző polaritású töltéseket szétválasztjuk, közöttük egy kiegyenlítő erőhatás működik. Az áramforrásban a töltésszétválasztás megy végbe. Az áramforrásnak két kivezetése van, amit „+” pozitív és „-” negatív sarknak neveznek. A „+” pozitív sarknál elektronhiány, a „-” negatív sarknál elektron többlet van. Ha az áramforrás két sarkát „vezető” anyagokkal összekötjük, a töltéskiegyenlítődés az összekötő vezetéken, illetve az áramkörbe kapcsolt fogyasztón keresztül megindul. A töltések rendezett mozgásának hatását nevezzük elektromos áramnak.

Az áramerősség a vezető anyag egy adott keresztmetszetén időegység alatt átáramló töltésmennyiség. Az áramerősség jele a „I” mértékegysége az Amper, aminek jele a „A”. A töltésmennyiség az elektromos tulajdonságú részecskék elektromos töltésére utal. A töltésmennyiség jele a „Q” mértékegysége a Coulomb, aminek jele a „C”.

A feszültség a töltésszétválasztás során keletkezik az áramforrásban, és hatására indul meg, illetve marad fenn a töltések áramlása, tehát az elektromos áram. A feszültség jele a „U” mértékegysége a Volt, aminek jele a „V”.

Ha fémes vezetőben elektromos áram folyik, az atomok közötti térben szabad elektronok mozognak. Az atomok hőmozgása miatt azonban az elektronok mozgása nem akadálymentes. Az elektromos áram számára minden vezető ellenállást jelent. Ezt az ellenállást a töltéshordozók a feszültség hatására küzdik le és elektromos ellenállásnak nevezzük.

Az elektromos ellenállás jele az „R” mértékegysége az Ohm, aminek jele a „ Ω”. A vezető anyag elektromos ellenállása függ az anyag minőségétől, illetve méreteitől. Megállapították, hogy az elektromos ellenállás, a feszültségesés és az áramerősség egymással összefüggésben van. Az összefüggést felfedezőjéről Ohm törvényének nevezik.

Ha az áramerősséget az idő függvényében vizsgáljuk, megállapíthatjuk, hogy alapvetően kétféle árammal találkozunk, egyenárammal és váltakozó árammal. Az egyenáram iránya és nagysága időben állandó. A váltakozó áram iránya és nagysága időben változó.

Az ábrán lévő áramkörben az elektromos áram a hősugárzó fűtőszálát járja át, aminek hatására felmelegszik és hőt ad le, vagyis melegíti környezetünket. A folyamat nem más mint energiaátalakulás, ahol az elektromos energia hőenergiává alakul át, miközben az elektromos áram – a töltéshordozók – munkát végeztek. Az elektromos áram által végzett munka „W” nagysága függ a feszültségtől „U” és az átáramlott töltésmennyiségtől „Q”. Az elektromos áram teljesítménye „P” az időegység alatt elvégzett munka mennyiségével számítható. Tehát az elektromos áram teljesítménye „P” függ a feszültségtől „U” és az áramerősségtől „I”.