Elektromos áram, áramkör Az anyagok szerkezete Az anyagokat atomok, molekulák építik fel, ezekben negatív elektromos állapotú elektronok és pozitív elektromos állapotú protonok vannak. Az atomokban ezek száma azonos, így az atom semleges. Ha elektron többlet vagy hiány alakul ki, akkor az atomból ion lesz, amely így + vagy lesz. Az a test vagy tárgy, amelyben az elektronok és protonok száma azonos, az semleges. Az a test vagy tárgy, amelyben elektrontöbblet van, az töltésű, amelyben elektronhiány van, az + töltésű. Az azonos töltésűek ( + + vagy ) taszítják egymást, a különböző töltésűek ( + ) vonzzák egymást. A töltés jele: Q, mértékegysége: C (Coulomb) A fémekben az elektronok könnyen el tudnak mozdulni, áramlani képesek a fémben. Áram: Az elektromos töltések egyirányú, rendezett mozgását, áramlását, elektromos áramnak nevezzük. (A fémekben az elektronok áramlanak, oldatokban az oldott ionok.) Az áram jele: I mértékegysége: A (Amper)
Vezető anyag: Amelyben a töltések könnyen áramlanak. Pl. fémek, szén, csapvíz, emberi test Szigetelő anyag: Amelyben a töltések nehezen tudnak elmozdulni. Pl. üveg, műanyag, desztillált víz, száraz fa Az elektromos vezetékeket ezért úgy készítik, hogy a fémet (általában réz) szigetelő műanyaggal veszik körül. Földelés: Ha egy test vagy tárgy elektromos töltését meg akarjuk szüntetni, akkor vezetékkel összeköthetjük a földdel, ahova a vezeték a töltését levezeti így a test semlegessé válik. Így működik a villámhárító is. Akkor nagyobb az áramerősség, ha ugyanannyi idő alatt több töltés halad át a vezetőn, vagy ugyanannyi töltés rövidebb idő alatt halad át a vezetőn. Képletben:
Elektromos áramkör Áramforrás: Olyan berendezés, amely tartósan képes elektromos áramot fenntartani. Pl. elem, akkumulátor, épületekben elektromos hálózat Fogyasztó: Olyan berendezés, amelyben az áram hatására olyan változás jön létre, amelyet valamilyen célra használunk. Pl. lámpa, elektromos fűtőtest, elektromos motor, elektromos háztartási eszközök Egyszerű áramkör: Vezetékekkel összekötött áramforrás és egy fogyasztó. Egyenáramú áramkör: Amelyben az áram iránya mindig ugyanaz. Az egyenáramú áramkörben olyan áramforrás van, amelynek van egy + és egy pólusa. Áramkörben levő alkatrészek jelölései: Egyszerű áramkör rajza:
Elektromos feszültség A töltések áramlásához az elektromos tér munkát végez. Annál több ez a munkavégzés, minél több töltés áramlik át az egyik helyről a másikra. A munkavégzés osztva a töltéssel a két pont közötti elektromos feszültség. Az elektromos feszültség megmutatja, hogy mennyi munkát végez az elektromos tér, ha 1 C töltést az egyik pontból a másikba mozgat. Képletben: (W a munka, Q a töltés) Az elektromos feszültség jele: U mértékegysége V (Volt) Árammérő és feszültségmérő Az árammérőt (ampermérőt) a fogyasztóval sorba kell bekötni az áramkörbe, hogy mérje a fogyasztón átfolyó áram erősségét. A méréshatárt mindig magasabbra kell állítani, mint amilyen mért áramot várunk. A feszültségmérővel (voltmérővel) két pont közti feszültséget tudunk mérni (pl. a fogyasztó vagy az áramforrás két végpontja között). A méréshatárt itt is magasabbra kell állítani a várt értéknél.
Ampermérő és voltmérő az áramkörben: Fogyasztók soros kapcsolása Ha a fogyasztókat sorba kapcsoljuk, a rajtuk átfolyó áram erőssége azonos lesz. Mindegyik fogyasztón ugyanakkora áram folyik, az elektronoknak csak 1 útja van. Ha az egyik fogyasztó elromlik, megszakad az áramkör, nem lesz áram, és ezért a többi fogyasztó sem működik. Pl. karácsonyfa-égősor
Fogyasztók párhuzamos kapcsolása Ha a fogyasztókat párhuzamosan kapcsoljuk, akkor a rájuk kapcsolt feszültség azonos lesz. A csomóponthoz érve az elektronok egy része az egyik mellékágon, más része a másik mellékágon halad tovább. Így az áram megoszlik a fogyasztókon úgy, hogy a csomópontban szétoszló áramok összege azonos lesz a főágban folyó árammal (I = I 1 + I 2 ). Ha az egyik fogyasztót kiiktatjuk, vagy elromlik, a többi működik tovább, mert a fogyasztók egy-egy mellékágon egymástól függetlenül működnek. Pl. a háztartásban működő eszközök a hálózati feszültségbe párhuzamosan vannak kapcsolva.