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 (Iv): 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/m2
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 = 1,6·10-19C [coulomb] • 1 C annak a gömbnek a töltése, amely egy tőle 1m távolságban elhelyezett azonos töltésű gömbre légüres térben 9·109 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 iránya • A vezetési elektronok – 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=103mA=106 A=109nA=1012pA
1 A=10-3mA=10-6A
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=103mV=106 V=109nV=1012pV
1 V=10-3mV=10-6V
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
=10-3k =10-6M =10-9G =10-12T
1k =103
1M =106
1G =109
1T =1012
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=103mS=106 S 1 S=10-3mS=10-6S
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma
Példák 1. Példa U=4,5V, I=0,1A
R=?, G=?
2. Példa G=10mS
R=?
5. Áramköri alapmérések, alapmennyiségek fogalma Példák 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=1/10·10-3S=0,1·103 =100
