Elektromos áram, feszültség és ellenállás
Egy korábbi bejegyzésben megtudta, hogy az anyagokat vezetőkre és szigetelőkre osztják, és hogy a vezetők laza töltött részecskéket tartalmaznak. Főleg fémekről fogunk beszélni, ezért itt az elektronokról fogok beszélni, bár az elektronokra vonatkozó törvények többsége más szabad töltésű részecskékre (kationokra és anionokra) is vonatkozik.
Míg a vezető (fémhuzal) kívül esik az elektromos mezőn, a benne lévő elektronok véletlenszerű irányban mozognak a hőenergia miatt - veszik az ún. hőmozgás. Amikor egy vezetéket csatlakoztatunk egy elektromos energiaforráshoz (azaz az egyik végén állandó pozitív töltésünk lesz, a másik végén pedig állandó negatív töltésünk lesz), akkor az elektronok az elektromos mező miatt egy irányba mozognak - létre zárt elektromos áramkör, amelyen keresztül folyik elektromos áram.
| Hőmozgás nem csatlakoztatott vezetőben | Irányított mozgás a csatlakoztatott vezetőben |
| Az elektromos áram azonban fizikai jel is, I jelöléssel és egy amper egységet (A ). Az amper mellett egységeket is használunk kiloampere (kA) a milliamper (mA). Vezető keresztmetszete az 1A áram áthalad, ha egy másodperc alatt 1C teljes töltéssel rendelkező szabad részecskék haladnak át rajta . | |
| Ampermérővel mérjük az áramot . Mivel a vezető keresztmetszetén (azaz valójában egy bizonyos helyen) van meghatározva, ezt a vezető keresztmetszetén is meg kell mérnünk egy ampermérővel, és ezért az ampermérőt közvetlenül az áramkörhöz, a úgynevezett sorozatosan (egymás után) a jobb felső képen látható kép szerint. | |
Az elektromos áramnak különféle hatásai vannak. A szilárd vezetőkben ez felmelegíti őket és mágneses teret hoz létre körülöttük, folyadékokban megváltoztatja összetételüket (kémiai reakciókat vált ki), gázokban pedig fény- és hanghatásokat.
Az elektromos áram folyamatos áramlásához csatlakoztatni kell tápegység (elektromos forrás), amely elektromos teret tart fenn benne. Egy elektromos forrás valamilyen nem elektromos erőt alakít át elektromos erővé. A forrás által átalakított nem elektromos teljesítmény szerint a forrásokat a következőkre osztjuk: kémiai (galvanikus cellák és akkumulátorok - klasszikus "elemlámpák"), világító (fotocellák), termikus-hőelektromos (hőelemek), mechanikai (elektromos erő létrehozása súrlódással, például Van der Graaff generátor) a elektrodinamikus (a mechanikai erőt konvertálni mágneses erővel elektromos erővé, például dinamóval vagy generátorral).
Egyenáram és váltakozó áram
Kétféle elektromos áramot ismerünk: egyenáram és váltakozó áram. Mi a különbség köztük? Nál nél egyenáram az elektronok továbbra is egy irányban áramlanak, és ugyanaz a pólus még mindig pozitív és ugyanaz a pólus negatív a forrásnál. Megcsinálják kémiai források (klasszikus "zseblámpák") váltakozó áram azonban a forrás pólusai kicserélődnek (a pozitív pozitív negatív lesz és fordítva), és így az elektronok egyszer, egyik oldalra, egyszer pedig a másikra áramlanak. Elérik elektrodinamikai források (dinamó, generátor).
Váltakozó áram esetén meghatározzuk a hívott mennyiséget frekvencia és egysége az hertz (Hz). A frekvencia azt fejezi ki, hogy másodpercenként hányszor cserélik ki a forrás pólusait. Az aljzatok frekvenciája Európában (és ezért Szlovákiában is) 50Hz.
A váltakozó áram sok szempontból előnyösebb, mint az egyenáram: könnyedén megváltoztathatja a feszültség- és áramértékeket minimális veszteségekkel, míg nagy távolságokon történő átvezetése sokkal kisebb veszteségekkel jár, mint egyenárammal. Ezért az erőművek váltakozó áramot állítanak elő, amelyet a háztartásokba is szállítanak. Ha egy eszköz működéséhez egyenáram (például számítógép) szükséges, akkor tartalmaz egy olyan alkatrészt, amely átalakítja a váltakozó áramot az elektromos aljzatból egyenárammá. A váltakozó áram azonban összetettebb téma, mint az egyenáram, ezért az általános iskolában nem sokat tanítanak róla.
Elektromos feszültség (U) egy fizikai mennyiség az egységgel volt (BAN BEN). Ez egyenlő azzal a munkával, amelyet a forrás elektromos erői végeznek, amikor az 1C töltetet az áramkör két helye között mozgatják. Tehát valójában egyfajta "erőt" vagy "erőfeszítést" fejeznek ki, amelyet a forrásnak el kell töltenie a töltés átadásához.
Megmérjük a feszültséget voltmérő. Mivel (az árammal szemben) nem a vezető egy bizonyos helyén (keresztmetszetén), hanem a vezető két helye között van meghatározva, két hely között meg kell mérnünk egy voltmérővel. Ezért csatlakoztatjuk a voltmérőt az úgynevezett áramkörhöz. párhuzamos (egymás mellett), mint a jobb felső sarokban látható képen.
Tehermentes forrás feszültségét hívjuk a forrás elektromotoros feszültsége (Ue). Ha a készüléket az áramforráshoz csatlakoztatjuk, a feszültség csökken. Egyes források esetében csak kismértékben csökken (ezeket nevezzük kemény, például egy elektromos csatlakozóaljzat), és néhánynál hangsúlyosabb (ilyen forrásokat nevezünk puha, például egy klasszikus zseblámpa, főleg szinte lemerült). Európában (és ezért Szlovákiában is) 220 - 240 V elektromotoros feszültség van.