I. ALAPFOGALMAK
1. SI mértékegységrendszer Alapegységek 1 Hosszúság (l): méter (m) 2 Tömeg (m): kilogramm (kg) 3 Idő (t): másodperc (s) 4 Áramerősség (I): amper (A) 5 Hőmérséklet (T): kelvin (K) 6 Anyagmennyiség (n): mól (mol) 7 Fényerősség (I v ): kandela (cd)
1. SI mértékegységrendszer Származtatott egységek Az SI-alapegységek hatványainak szorzataként vagy hányadosaként képezhetők a megfelelő mennyiségekre vonatkozó fizikai egyenletek alapján. Pl.: frekvencia Hz = 1/s nyomás P = F/A [pascal] 1Pa=1N/m 2
2. A villamos kölcsönhatás Atomok és elemi részecskék Molekula: Az anyagoknak az a legkisebb része, amely fizikai módszerekkel anyagi tulajdonságainak megváltoztatása nélkül tovább nem osztható. Atom: Az anyag legkisebb részecskéje, amelyre a molekula kémiai módszerekkel még felbontható. Az atom részei: elektronburok atommag
2. A villamos kölcsönhatás Azonos polaritású részecskék taszítják egymást, ellentétes polaritású részecskék pedig vonzzák egymást!
2. A villamos kölcsönhatás A villamos töltés Az elektronok és protonok villamos kölcsönhatást mutatnak, tehát van elektromos töltésük. A neutron villamos kölcsönhatást nem mutat, vagyis nincs töltése. Az elemi töltés egy elektron töltése: e = 1,6 10-19 C [coulomb] 1 C annak a gömbnek a töltése, amely egy tőle 1m távolságban elhelyezett azonos töltésű gömbre légüres térben 9 10 9 N erővel hat.
2. A villamos kölcsönhatás Atomok, Ionok, Elektronok Atom: villamosan semleges (villamos töltése nincs). Ion: olyan atom, amelyben a pozitív és a negatív töltések nincsenek egyensúlyban, tehát villamos töltése van. Pozitív ion: elektronhiányos. Negatív ion: elektrontöbbletes. Elektron: rugalmas, töltéssel (negatív) és tömeggel rendelkező gömbnek tekintjük. Ezzel nem magát az elektront, hanem csak az elektronnak az áramköri jelenségek során mutatott viselkedését modellezzük.
2. A villamos kölcsönhatás Töltésszétválasztás Különböző anyagi minőségű testek súrlódásakor töltésszétválasztás jön létre. Dörzsöléskor nem állítunk elő villamos töltéseket, csupán szétválasztjuk azokat. Pl.: gumi-üvegrúd (-, +)
3. A szilárd anyagok és az áramló töltés kölcsönhatása Töltésáramlás szilárd anyagokban Villamos áram: mozgásban lévő villamos töltések Töltéshordozó: elmozdulásra, áramlásra képes töltések Szilárd anyagokban ezek az elektronok A kristályszerkezet Kristályszerkezet: az atomok meghatározott térbeli alakzatban helyezkednek el, kristályrácsot alkotnak (fémek, grafit, szilícium Si, germánium Ge)
3. A szilárd anyagok és az áramló töltés A vezetési elektronok iránya A vegyérték (valencia) elektronok valamilyen energia (pl. hő) hatására leválnak az elektronhéjról. Ezeket nevezzük vezetési elektronoknak. Rendezetlen hőmozgást végeznek.
3. A szilárd anyagok és az áramló töltés iránya Vezetők, szigetelők, félvezetők Vezetők: szabad elektronokkal rendelkeznek (pl. Ag, Cu, Au, Al) Szigetelők: nem rendelkeznek szabad elektronokkal (pl. műanyagok, gumi, csillám, üveg) Félvezetők: vezetőképességük a vezetők és a szigetelők közé esik. (pl. Si, Ge)
Sávszerkezet
4. A villamos áramkör A villamos áramkörök alapsémája A réz kevésbé oldódik, ezért pozitívabb. A cink jobban oldódik, több pozitív ion távozik el belőle, tehát negatívabb, mint a réz. Az ellentétes töltéseket szétválasztó erő, (elektromotoros erő) egyenlő a szétválasztott töltések közötti vonzóerővel.
4. A villamos áramkör A villamos áramkörök alapsémája A vezetéken megindul az elektronok áramlása és kiegyenlítődése. Amennyiben a kiegyenlítődés és a töltésszétválasztás mértéke megegyezik, akkor az áramlás állandó. A villamos áram az elektronok rendezett mozgása.
4. A villamos áramkör Energiaátalakulások az áramkörben, a villamos energia A töltések szétválasztásához munkavégzés szükséges, vagyis szétválasztáskor nagyobb energiájú állapotba hozzuk a töltéseket. Villamos energia: a töltéseknek a szétválasztottság állapotából adódó energiája.
4. A villamos áramkör A villamos áramkörök energiamodellje Az átalakítás során veszteségek lépnek fel.
4. A villamos áramkör Feszültség, áramerősség, ellenállás energiaforrás töltésáramlás jellemzése fogyasztó Az energiaforrást az általa előállított töltéskiegyenlítő hatás nagyságával a feszültséggel jellemezzük. Jele: U [V] (Volt) A töltésáramlást (villamos áramot) az áramerősséggel jellemezzük. Jele: I (Intenzitás) [A] (Amper) A fogyasztót az áramlást korlátozó hatásával az ellenállással jellemezzük. Jele: R (rezisztencia) [Ω] (Ohm)
4. A villamos áramkör Áramköri alapelemek Ideális feszültséggenerátor: belső ellenállása 0 Ideális áramgenerátor: belső ellenállása Rövidzár: R=0, U=0V Szakadás: R=, I=0A
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma Az áramerősség fogalma, mérése Az áramerősség Az áram folyik!!! I=Q/t [A] A vezető keresztmetszetén időegység alatt átáramlott töltés. 1A=1C/1s 1A=10 3 ma=10 6 A=10 9 na=10 12 pa 1 A=10-3 ma=10-6 A
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma Az áramerősség fogalma, mérése Az áramerősség mérése Az ampermérő bekötése: sorosan a fogyasztóval! Az ampermérő ellenállása: kicsi legyen a fogyasztóéhoz képet.
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma A feszültség fogalma, mérése A feszültség A feszültség esik!!! U=W/Q [V] A feszültséget a szétválasztott töltés által képviselt energiával és a szétválasztott töltésmennyiséggel adhatjuk meg. A feszültség, mindig két pont között értelmezhető. 1V=1J/1C 1V=10 3 mv=10 6 V=10 9 nv=10 12 pv 1 V=10-3 mv=10-6 V
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma A feszültség fogalma, mérése A feszültség mérése A feszültségmérő bekötése: párhuzamosan a fogyasztóval! A feszültségmérő ellenállása: nagy legyen a fogyasztóéhoz képet.
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma Az ellenállás és a vezetés fogalma Az ellenállás R=U/I [ ] A fogyasztó áramkorlátozó hatása. Egységnyi áram áthajtásához szükséges feszültség. 1 =1V/1A 1 =10-3 k =10-6 M =10-9 G =10-12 T 1k =10 3 1M =10 6 1G =10 9 1T =10 12
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma Az ellenállás és a vezetés fogalma A vezetés G=1/R (konduktancia) [S] (Siemens) A fogyasztó áramvezető képessége. 1 S=1/1, 1S=1A/1V 1S=10 3 ms=10 6 S 1 S=10-3 ms=10-6 S
Példák 5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma 1. Példa U=4,5V, I=0,1A R=?, G=? 2. Példa G=10mS R=?
Példák 5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma 1. Példa U=4,5V, I=0,1A R=?, G=? Megoldás: R=U/I=4,5V/0,1A=45 G=1/R=1/45 =0,02222S=22,22mS 2. Példa G=10mS R=? Megoldás: R=1/G=1/10 10-3 S=0,1 10 3 =100