TARTALOMJEGYZÉK 3 Előszó 9 1. Villamos alapfogalmak 11 1.1. A villamosság elő for d u lá s a é s je le n t ősége 12 1.1.1. Történeti áttekintés 12 1.1.2. A vil la mos ság tech ni kai, tár sa dal mi ha tá sa 16 1.1.3. Villamosságtan és elektrotechnika 18 1.2. Az anyag szerkezete és a villamos kölcsönhatás 20 1.2.1. Molekula 20 1.2.2. Atom 21 1.2.3. Atom mag és elekt ron 21 1.2.4. Elemi töltés, villamos kölcsönhatás, villamos tér 22 1.2.5. Az elemi részecskék és tulajdonságaik 24 1.2.6. Az elemi részecskék kölcsönhatásai 26 1.2.7. Az atom szer ke ze te 27 1.2.8. Az anyag szer ke ze te 28 1.3. Vezető, fél ve ze tő és szigetelő anya gok 32 1.4. Villamos töltés 35 1.5. Villamos áram, áramerős ség 36 1.6. Vil la mos tér erősség, villamos feszültség és villamos potenciál 39 1.6.1. Villamos térerős ség 39 1.6.2. A vil la mos tér mun ká ja 39 1.6.3. Villamos feszültség 41 1.6.4. Vil la mos po ten ci ál 43 1.6.5. A villamos tér teljesítménye 44 1.6.6. Villamos feszültség, villamos energia 45 2. Egyenáramú hálózatok 49 2.1. Villamos áramkör 49 2.1.1. Az áramkör részei 50 2.1.2. Villamos ellenállás 55
4 2.1.3. Ohm törvénye 56 2.1.4. Részfeszültség és feszültségesés 57 2.1.5. Lineáris és nemlineáris ellenállások 59 2.1.6. A testek ellenállása, fajlagos ellenállás 61 2.1.7. Az ellenállás hőmérsékletfüggése, NTK-, PTK-ellenállások 64 2.1.8. Feszültségfüggő ellenállások 67 2.1.9. Az ellenállások kialakítása 68 2.2. Villamos munka, teljesítmény és hatásfok 79 2.2.1. A villamos munka 79 2.2.2. A villamos teljesítmény 80 2.2.3. A hatásfok 82 2.3. Passzív villamos hálózatok 86 2.3.1. A villamos hálózatok csoportosítása 86 2.3.2. Kirchhoff-törvények 88 2.3.3. Passzív kétpólusú hálózatok eredő ellenállása 91 2.3.4. Nevezetes passzív hálózatok 98 3. A villamos áram hatásai 113 3.1. Hőhatás 113 3.1.1. Kapcsolat a villamos energia és a hőenergia között 113 3.1.2. Fajlagos hőkapacitás, fajhő 114 3.1.3. A hőhatás jellemző alkalmazásai 120 3.2. Vegyi hatás 128 3.2.1. Folyadékok vezetése 128 3.2.2. Faraday törvénye 129 3.2.3. Az elektrolízis jellemző felhasználása 130 3.2.4. Galvánelemek 133 3.2.5. Akkumulátorok 137 3.2.6. Tüzelőanyag-cellák 140 3.2.7. Korrózió 142 3.3. Az áram élettani hatása 144 4. Aktív hálózatok 151 4.1. Az ideális és a valóságos generátor 151 4.2. A feszültséggenerátorok üzemi állapotai 153 4.2.1. Üresjárás 153 4.2.2. Rövidrezárás 155 4.2.3. Terhelési állapot 156
4.3. Generátorok belső ellenállásának meghatározása 157 4.3.1. A belső ellenállás meghatározása U ü és I r mérésével 157 4.3.2. R b meghatározása ismert R t terhelő-ellenállással 157 4.3.3. R b meghatározása az U ü üresjárási és az U k kapocsfeszültséggel 159 4.3.4. R b meghatározása a terhelési görbéből 160 4.4. A fontosabb fogalmak összefoglalása 162 4.5. Feszültséggenerátorok kapcsolásai 163 4.5.1. Feszültséggenerátorok sorba kapcsolása 163 4.5.2. Feszültséggenerátorok ellenkapcsolása 165 4.5.3. Feszültséggenerátorok párhuzamos kapcsolása 166 4.6. Generátorok helyettesítő képei 170 4.6.1. Thevenin-helyettesítőkép 171 4.6.2. Valóságos áramgenerátor 173 4.6.3. Norton tétele 174 4.6.4. Thevenin- és Norton-helyettesítőképek kölcsönös átalakítása 175 4.6.5. Generátorok teljesítménye és hatásfoka 177 4.7. A szuperpozíció tétele 180 5. Villamos tér 185 5.1. A villamos tér jelenségei 185 5.1.1. Coulomb törvénye és a szuperpozíció elve 186 5.1.2. Villamos tér és villamos eltolás 189 5.1.3. Villamos feszültség és villamos potenciál 192 5.1.4. A villamos tér szemléltetése 195 5.1.5. Homogén villamos tér és kapacitás 203 5.1.6. Jelenségek a villamos térben 209 5.1.7. Anyagok viselkedése villamos térben 215 5.2. Kondenzátor 220 5.2.1. Kondenzátorok kapcsolása 220 5.2.2. Kondenzátorok feltöltése és kisütése 225 5.2.3. Kondenzátorok gyakorlati megoldásai 230 6. Mágneses tér 241 6.1. A mágneses tér szemléltetése 241 6.1.2. Árammal létrehozott terek, a jobbkéz-szabály 243 5
6 6.2. A mágneses teret jellemző mennyiségek 248 6.2.1. Gerjesztés és mágneses térerősség 248 6.2.2. Mágneses indukció 254 6.2.3. Mágneses fluxus 258 6.3. Erőhatások mágneses térben 260 6.3.1. Az erő nagysága és iránya 261 6.3.2. A mágneses nyomaték jellemző felhasználása 264 6.4. Állandó mágnes, a Föld mágneses tere 266 6.5. Anyagok viselkedése mágneses térben 268 6.5.1. Diamágneses anyagok 268 6.5.2. Paramágneses anyagok 268 6.5.3. Ferromágneses anyagok 269 6.5.4. Mágnesezés, mágnesezési görbe 269 6.5.5. Kemény- és lágymágneses anyagok 271 6.6. Mágneses kör 275 6.6.1. A mágneses Ohm-törvény 275 6.6.2. Mágneses körök számítása 280 7. Elektromágneses indukció 289 7.1. Indukciótörvény 291 7.2. Nyugalmi és mozgási indukció 293 7.3. Kölcsönös indukció, önindukció, induktivitás 301 7.3.1. Kölcsönös indukció 301 7.3.2. Önindukció, induktivitás 303 7.4. Tekercs és induktivitás 306 7.5. A mágneses tér energiája 307 7.6. Induktivitások összekapcsolása 309 7.6.1. Induktivitások soros kapcsolása 309 7.6.2. Induktivitások párhuzamos kapcsolása 310 7.7. Induktivitás viselkedése áramkörben 311 7.7.1. A bekapcsolás folyamata 311 7.7.2. A kikapcsolás folyamata 314 7.8. Az indukció jellemző felhasználása 317 7.8.1. Generátorelv, villamos gépek 317 7.8.2. Elektromechanikus átalakítók 317 7.8.3. Elektromágnes 320 7.9. Örvényáramok 321
7 8. Váltakozó áramú hálózatok 327 8.1. Szinuszos mennyiségek 327 8.1.1. A váltakozó feszültség és áram fogalma 327 8.1.2. Váltakozó mennyiségek ábrázolása 329 8.1.3. Váltakozó mennyiségek jellemzői 331 8.1.4. Váltakozó mennyiségek összegzése 341 8.2. Egyszerű váltakozó áramú körök 343 8.2.1. Ellenállás váltakozó áramú körben 343 8.2.2. Induktivitás a váltakozó áramú áramkörben 344 8.2.3. Az impedancia és admittancia 348 8.2.4. Kondenzátor a váltakozó áramkörben 349 8.3. Összetett váltakozó áramú körök 351 8.3.1. Soros RL-kapcsolás 351 8.3.2. Párhuzamos RL-kapcsolás 356 8.3.3. Valódi tekercs, mint RL-kapcsolás 360 8.3.4. Soros RC-kapcsolás 363 8.3.5. Párhuzamos RC-kapcsolás 365 8.3.6. Valódi kondenzátor, mint RC-kapcsolás 367 8.3.7. A soros RLC-kapcsolás 368 8.3.8. A párhuzamos RLC-kapcsolás 372 8.3.9. Rezgőkör szabad rezgései 375 8.4. Teljesítmények váltakozó áramú körben 378 8.5. Fázisjavítás 381 9. Többfázisú hálózatok 389 9.1. Háromfázisú rendszer 389 9.1.1. Háromszögkapcsolás 391 9.1.2. Csillagkapcsolás 393 9.2. A háromfázisú rendszer teljesítménye 395 9.3. Aszimmetrikus terhelés 397 9.4. Forgó mágneses tér 398 9.5. A villamos energia szállítása és elosztása 399 10. Villamos gépek elméletének alapjai 401 10.1. Transzformátor 401 10.1.1. A transzformátor felépítése és működése 402 10.1.2. Transzformátor helyettesítő kapcsolása és vektorábrája 406
10.1.3. A transzformátor rövidzárása 409 10.1.4. A transzformátor veszteségei és hatásfoka 410 10.1.5. A transzformátorok szerkezeti megoldásai 411 10.1.6. Hálózati transzformátor közelítő méretezése 412 10.2. Villamos forgógépek 418 10.2.1. Szinkrongépek 420 10.2.2. Aszinkrongépek 421 10.2.3. Egyenáramú gépek 425 10.2.4. Az univerzális motor 430