Elektromosság, áram, feszültség Elektromos alapjelenségek Egymással szorosan érintkező ( pl. megdörzsölt) felületű anyagok a szétválás után elektromos állapotba kerülnek. Azonos elektromos állapotú anyagok taszítják egymást, különbözőek vonzzák egymást. Két fajta elektromos állapot hozható létre: elnevezésük: pozitív (+) és negatív ( ) Az azonosak (+ + vagy ) taszítják egymást, a különbözőek (+ ) vonzzák egymást.
A semleges testeket a + és a állapotú anyagok is vonzzák. Elnevezés: töltés: a negatív állapotú test negatív töltéssel, a pozitív állapotú test pozitív töltéssel rendelkezik. A vonzás, taszítás jelenségek magyarázata: A testek, tárgyak atomjai, molekulái pozitív (+) protonokat és negatív ( ) elektronokat tartalmaznak. Ha nincsenek elektromos állapotban, akkor ezek száma azonos, kiegyenlítik egymást, a tárgy semleges. A tárgyak szoros érintkezésekor a negatív elektronok képesek leválni az atomról és átmenni az egyik tárgyról a másik tárgyra. Ekkor az egyiken elektron hiány, a másikon elektron többlet alakul ki. Egy töltött test közelében a semleges testben a töltések megoszlanak. Mivel a vonzás akkor nagyobb, ha a töltések közelebb vannak, a külső töltés nagyobb erővel vonzza a semleges testben közelebb levő ellenkező töltéseket, mint ahogy taszítja a távolabbi azonosakat, ezért az egész semleges testet vonzza.
A töltés jele: Q, mértékegysége: C (Coulomb) A legkisebb töltés (elemi töltés): 1 elektron töltése: - 1,6 10-19 C (azért -, mert negatív) 1 proton töltése: 1,6 10-19 C Elektromos állapot mérésére szolgáló eszköz: elektroszkóp Az elektroszkóp mutatója kitér, mivel azonos töltésű lesz a tartó rúddal, ezért taszítják egymást. Minél nagyobb a kitérése, annál nagyobb töltéssel lett feltöltve. Vezető anyag: amelyben a töltések könnyen tudnak mozogni. Elektromos állapotú tárggyal érintkezve az elektromos állapotot könnyen átveszik. Pl. fémek, oldatok, víz, emberi test Szigetelő anyag: amelyben a töltések nem, vagy csak nehezen tudnak kimozdulni a helyükből, ezért a külső elektromos állapotú testtel érintkezve az elektromos állapotot nem veszik át. Pl. gumi, műanyag, porcelán, üveg, desztillált víz, száraz fa
Földelés: Ha egy tárgyat vezető anyaggal összekötünk a Földdel, akkor a tárgyra kerülő töltések levezetődnek a tárgyról a Földbe, és a tárgy semleges lesz. Pl. háztartási eszközök földelt vezetéke, vagy pl. a villámhárító Elektromos árnyékolás: A vezetőre vitt többlettöltés mindig a vezető felületére csoportosul a taszítás miatt. Így a vezető belsejében az elektromos tér erőssége nulla, belül nincs elektromos tér. Ezért egy vezető burokkal körülvett térben nincs elektromos tér akkor sem, ha a vezető burok feltöltődik (elnevezése: Faraday kalitka). A vezető anyagú burok leárnyékolja a külső elektromos teret. Ezt hívják elektromos árnyékolásnak. Néhány példa az elektromos árnyékolásra a gyakorlatban: - Autóban, vagy repülőben ülő ember a fém külső rész miatt nincs veszélyben, ha a járműbe belecsap a villám, mert a fém kalitka leárnyékolja. - Vezetékeket (antennakábel, híradástechnikai kábelek) úgy készítik, hogy külső szigetelő réteg alatt, a vezeték körül még egy csőszerű fémréteg van, pl. alufóliából, hogy a külső zavaró elektromos jeleket leárnyékolja, és azok ne zavarják a vezeték jelét. - Vasbeton alagútba nem jut be a rádiójel, nem lehet rádiózni.
Elektromos áram, egyenáram Áram Az elektromos töltések egyirányú, rendezett mozgását, áramlását, elektromos áramnak nevezzük. (A fémekben az elektronok áramlanak, folyadékokban, oldatokban az oldott ionok, gázokban ionok.) Áramerősség: 1 másodperc alatt átáramlott töltésmennyiség Az áramerősség jele: I (current Intensity) mértékegysége: A (Amper), ma (milliamper) Nagyobb az áram erőssége, ha ugyanannyi idő alatt több töltés áramlik, vagy ugyanannyi töltés kevesebb idő alatt áramlik. Képletben: (Q: töltés, t: idő) Áramkör Ha az áramot fel akarjuk használni, akkor áramkört kell létrehozni, amelyben folyamatosan folyik az áram.
Az áramkör fő részei: Fogyasztó: Olyan eszköz, ami az áram hatására energiát ad át a környezetének, olyan jelenséget mutat, amit felhasználhatunk. (pl. melegít, világít, forog, hangot ad, stb...) Fogyasztó pl.: lámpa, vasaló, villanymotoros készülékek (fűnyíró, turmixgép,..), elektromos főzőlap, porszívó, TV, számítógép, mobiltelefon, mosógép, csengő, hangszóró, stb... Áramforrás, vagy más néven feszültség-forrás: Biztosítja a töltések folyamatos áramlását. Meghatározott feszültséget (U) biztosít az áramkör részére, folyamatosan. Az egyenáramú áramforrásnak van két pólusa: + és Pl. elem, akkumulátor, generátor, dinamó, napelem Az elemekben, akkumulátorokban kémiai folyamatok hozzák létre az elektromos áramot. Pl. folyadék-oldatba helyezett két különböző fém (két pólus) elemként működik (ember is). A dinamó, vagy a generátor a forgó mozgás energiáját alakítja át elektromos energiává. A napelem a Nap energiáját alakítja át elektromos energiává.
Vezetékek: Ezek kötik össze az áramkör többi elemét, elektronok áramlanak a vezetékekben. A vezeték rézből, vagy valamilyen más fémből készül, külső szigetelő (műanyag) burokkal. Kapcsoló: Megszakítja, vagy összeköti az áramkört. Áramköri jelek: Elektromos feszültség, elektromos munka Az elektromos térben levő töltésre erő hat, emiatt elmozdul az A pontból a B pontba, az elektromos tér munkát végez (munka=erő út). Az 1 C töltés A pontból B pontba történő mozgatásához szükséges munka az elektromos tér e két pontjára jellemző érték: az A és B pont közti feszültség. Jele: U, mértékegysége V (volt) Képletben:
Az áramkörben folyó áramot ampermérővel, más néven árammérővel mérhetjük. Az ampermérőt az áramkörbe a fogyasztó mellé sorba, sorosan kell bekötni. Az áramkörben levő áramforrás (vagy feszültségforrás) feszültségét, és a fogyasztókra jutó feszültséget voltmérővel, más néven feszültségmérővel mérhetjük. A voltmérőt a mérendő két pontra, pl. a fogyasztó két végére, a fogyasztóval párhuzamosan kell bekötni. (Az ábrán az A az ampermérő, a V a voltmérő.) Minél nagyobb feszültséget kapcsolunk egy fogyasztóra, annál nagyobb áram jön rajta létre, a nagyobb feszültség nagyobb munkát végez a fogyasztón, a fogyasztó nagyobb energiát ad át a környezetének. Pl. nagyobb feszültség, és áram hatására az égő jobban világít, a hősugárzó jobban melegít, az elektromos motor gyorsabban forog, a hangszóró hangosabban szól