Alapfogalmak

1. Az elektromos áram fogalma, töltéshordozók

Az elektromos áram a töltések rendezett irányú, tartós áramlása, amelyhez feszültség/potenciál különbség szükséges. Az elektromos áram iránya a pozitív töltéshordozók áramlási irányával egyezik meg. Fémes vezetőkben a töltéshordozó elektronok irány mindig ellentétes az elektromos áram irányával. Elektrolit oldatoknál az elektromos áram iránya a pozitív töltésű kationok vándorlási irányával egyezik meg, a negatív töltésű anionok vándorlási irányával pedig ellentétes. Gázkisüléseknél az elektron-ion párok, félvezetőknél pedig elektron-lyuk párok a töltéshordozók.

   

Az áramkör része

             2.1.      Áramforrás

Az áramforrás egy kétpólusú feszültésforrás, ez biztosítja az áram létrejöttét. Az áram a pozitív pólustól folyik a negatív pólus felé. Áramforrás lehet például akkumulátor, galvánelem, telep.

 

             2.2.      Kapcsoló

A kapcsoló szabályozza, hogy folyik-e áram az áramkörbe, vagy annak egy adott részén. Zárt állapotában folyik áram a kapcsolón, nyitott állapotában az áramerősség 0.

             2.3.     Ellenállások

Az ellenállások olyan az áramkörben lévő szabályozó elemek, amelyeken feszültség esik.

             2.4.      Fogyasztó

Fogyasztónak nevezünk minden olyan ellenállással rendelkező áramköri elemet, aminek működtetésére üzemeltetjük az áramkört. Fogyasztó lehet például izzó és fűtőszál.

             2.5.      Mérőműszerek

A mérőműszerek az áramkör paramétereinek meghatározására szolgálnak. Az ellenálláson áthaladó áramot az ellenállással sorosan bekötött Amper-mérővel, az ellenálláson eső feszültséget az ellenállással párhuzamosan bekötött Volt-mérővel mérjük.

3. Az áram hatásai

Az áram hatásait több területen is érdemes vizsgálni. Az áram gyakorolhat vegyi hatást, például galvánelemeknél és elektrolízisnél. Ekkor az elektrolit oldatban kötésszerkezeti változás megy végbe.

Az elektromos vezetőkön az áram munkája hőhatást gyakorol (Joule-hő), bizonyos esetekben fényhatást is (pl.: izzó esetén).

Az áramjárta vezető mágneses teret hoz létre, ezért az áram mágneses hatást is tud létrehozni, például elektromágnesek és más elektromos berendezések esetén.

Az áram élettani hatást is gyakorol. Pozitív élettani hatásra példa az elektroterápia, negatív élettani hatásra pedig az áramütés és a villamosszék.

4. A váltakozó áram és feszültség

Váltakozó feszültségről akkor beszélünk, ha a pillanatnyi feszültség az idő sinusos függvényében adható meg. Váltakozó feszültség vele azonos frekvenciájú váltakozó áramot hoz létre zárt áramkörre kapcsolva, ahol a pillanatnyi áramerősség az idő sinusos függvényében adható meg.   Váltakozó áram az egyenáramhoz hasonlóan, bár attól eltérő mértékben gyakorol hő, fény, mágneses és biológiai hatást. Időátlagban gyakorolt vegyi hatása ellenben 0, mert az egyik félperiódusban átalakult anyagmennyiség a következő félperiódusban visszaalakul.

 

Definíciók, Összefüggések

1. Áramerősség

Az áramerősség az időegység alatt átáramló töltés, vagyis a vezető valamely keresztmetszetén áthaladó Q töltés és az áthaladás idejének hányadosa. A szállított töltés és az áramerősség egyenesen arányosak.

    Pillanatnyi áramerősség ∆ idő alatt átáramló töltés, ahol ∆ → 0 határértékét értjük. Tehát a pillanatnyi áramerősség az átáramló Q töltés idő szerinti deriváltja.

  Az átlagos áramerősség megadható a töltéssűrűség és a Drift-sebesség, azaz az elektronok vándorlási sebességének, az elemi töltésnek és a vezető/ellenállás paramétereinek ismeretében.

 

Ohm törvénye, az ellenállás

Ohm törvénye kimondja, hogy az adott áramköri elemen eső feszültség egyenes arányos a rajta áthaladó árammal, hányadosuk az adott áramköri elem ellenállásával egyenlő. Az ellenállás egyenlő az egységnyi áramerősségre jutó feszültségeséssel.   A vezetőképesség az egységnyi feszültségre jutó áramerősség, értéke megegyezik az ellenállás reciprokával.

     

3. A vezeték ellenállása, fajlagos ellenállás

             3.1.      Fajlagos ellenállás

A vezeték ellenállása egyenesen arányos a vezeték hosszával, fordítottan arányos a keresztmetszetével, továbbá egyenesen arányos az adott vezetőre jellemző anyagi minőséggel, a fajlagos ellenállással. Egy anyag fajlagos ellenállása a belőle készült egységnyi hosszú és egységnyi keresztmetszetű vezető végpontjai között mérhető ellenállással egyezik meg. A vezeték ellenállása állandó hőmérsékleten: