Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

Átírás

1 Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény Elektromos ellenállás Az anyag részecskéi akadályozzák a töltések mozgását. Ezt a tulajdonságot nevezzük elektromos ellenállásnak. Annak a fogyasztónak nagyobb az ellenállása, amelyben ugyanolyan feszültségű áramforrás hatására kisebb áram jön létre, vagy ugyanolyan áramhoz nagyobb feszültségű áramforrás szükséges. Az ellenállás jele: R mértékegysége: Ω (Ohm) Ohm törvény: Egy fogyasztón mért áram erőssége egyenesen arányos a fogyasztó kivezetésein mért feszültséggel. ellenállás = feszültség / áramerősség Képletben: Az R ellenállású fogyasztó jelölése az áramkörben:

2 Vezetékek ellenállása Az áramkörben levő vezetékeknek is van ellenállása, mivel az anyagában levő részecskék akadályozzák az elektronok mozgását. Az ellenállás nagyobb, - ha hosszabb a vezeték (egyenesen arányos a hosszával), - ha a vezeték keresztmetszete kisebb (fordítottan arányos a keresztmetszetével), - és függ a vezeték anyagától. Képletben: l : vezeték hossza, A : keresztmetszet : a vezeték anyagára jellemző állandó ( ró görög betű) a vezeték fajlagos ellenállása Néhány anyag fajlagos ellenállása: (nem kell megtanulni)

3 Soros és párhuzamos kapcsolás Fogyasztók, ellenállások soros kapcsolása Ha az ellenállásokat sorba kapcsoljuk, a rajtuk átfolyó áram erőssége azonos lesz, a rájuk kapcsolt feszültség megoszlik. Az ellenállások helyettesíthetőek egy olyan ellenállással (eredő ellenállás), amelynek értéke a sorba kapcsolt ellenállások összege. R e = R 1 + R 2 Fogyasztók, ellenállások párhuzamos kapcsolása Ha az ellenállásokat párhuzamosan kapcsoljuk, akkor a rájuk kapcsolt feszültség azonos lesz. Az áram megoszlik közöttük úgy, hogy a csomópontban szétoszló áramok összege azonos lesz a főágban folyó árammal (I = I 1 + I 2 ). Az eredő ellenállás értéke kisebb lesz mindkét ellenállás értékénél.

4 Az áram hatásai Hőhatás Az áramló részecskék beleütköznek a többi részecskébe, ezért azok gyorsabb rezgőmozgást végeznek, az anyag felmelegszik. A világító fogyasztók is általában az áram hőhatása miatt világítanak, pl. az izzólámpa az izzószál világít (és melegszik). Példák az áram hőhatásának felhasználására: hősugárzó, izzólámpa, melegítő háztartási eszközök (vasaló, mosógép, hajszárító, stb...) Mágneses hatás Az áramot vezető tekercs körül mágneses tér alakul ki, a tekercs úgy viselkedik, mint egy mágnes. Példák az áram mágneses hatásának felhasználására: Raktárakban mágneses emelő (vasból készült tárgyakat felemel (pl. roncsautó, konténer)), elektromágneses motor Kémiai hatás Ha egy folyadékban vannak szabadon mozgó ionok, akkor a folyadékba vezetett áramot a folyadék (oldat) vezeti.

5 A szabadon mozgó ionokkal rendelkező folyadékot elektrolitnak nevezzük. A folyadékba tett két db fém vagy szén rudat elektródának nevezzük. A + elektróda az anód, a elektróda a katód. A + ionok a katód felé, a ionok az anód felé áramlanak, így jön létre az elektrolitban az áram. A katódhoz és anódhoz érkező ionok elektront vesznek fel vagy adnak le, semlegessé válnak és kiválnak az oldatból. Élettani hatás Mivel az élő szervezetek vizet tartalmaznak és abban ionokat, így elektrolitnak tekinthetők, ezért vezetik az áramot. Az áram nagysága függ a szervezetet érő feszültségtől és a szervezet elektromos ellenállásától. Az áram izom-összehúzódást, égési sérülést, vérrögképződést, sejtnedvek összetételének megváltozását okozza. Ezért az áramütést el kell kerülni, mert halálos is lehet.

6 Elektromos munka és teljesítmény Elektromos munka Az elektromos mező munkát végez, amikor töltéssel rendelkező részecskéket a mező egyik pontjából a másikba mozgat. Ez a munka egyenlő a két pont közti feszültség (U), és a töltés (Q) szorzatával. Mivel Q = I t, az elektromos munka: W = U Q = U I t A munka mértékegysége: J (Joule) Elektromos teljesítmény Egy fogyasztó teljesítménye megadja, hogy a fogyasztó mekkora munkát képes végezni 1 másodperc alatt. A teljesítmény jele: P mértékegysége J/s = Watt 1000 Watt = 1 kwatt (1 kw) Teljesítmény = munka / idő = feszültség áramerősség Képletben: vagyis P = U I

7 Az elektromos energia-fogyasztás mérése A különböző fogyasztók, háztartási eszközök energiafelhasználása, energia-fogyasztása ( ΔE ) egyenlő a rajta átfolyó áram elektromos munkavégzésével ( W ). A munka pedig a fogyasztó teljesítményének és a működési idejének szorzata (W = P t = ΔE ). Tehát az energiafogyasztás ΔE = P t A háztartási eszközök működés idejét nem másodpercben, hanem órában szokták számolni, ezért az energiafelhasználás mértékegysége: Watt óra ( Wh ), vagy ennek ezerszerese: kwatt óra ( kwh kilowattóra) (Ezt méri a villanyóra.) Annak a fogyasztónak nagyobb az energiafogyasztása, amelyiknek nagyobb a teljesítménye. Néhány fogyasztó teljesítménye (nem kell megtanulni):