Több fogyasztó az áramkörben

Soros kapcsolás

Készítsd el az alábbi áramkört a megfelelő mérőműszerekkel együtt! Az első izzó ellenállása legyen 10 Ω, a msodiké pedig 20 Ω. Az áramforrás feszültsége 60 V legyen!

soros kapcsolás

Ha két, vagy több fogyasztót egymás után, elágazás nélkül kapcsolunk egy áramkörbe, akkor soros kapcsolást hozunk létre.

Soros kapcsolás tulajdonságai:

        • az elektronoknak csak egy útvonala van
        • a fogyasztók csak egyszerre működtethetők (ha az egyiknél megszakítjuk az áramkört, akkor a másik se működik)
        • az áramerősség mindenhol ugyanannyi
        • az áramforrás feszültsége a fogyasztók ellenállásának arányában oszlik meg (a kétszer akkora ellenállásúra kétszer akkora feszültség jut)

Építsd meg azt az áramkört, amiben csak egy fogyasztó van, de annak ellenállása az előző kettő ellenállásának összegével (30 Ω) egyenlő.

soros eredő ellenállása

Azt vehetjük észre, hogy az áramkörben az áramerősség ugyanannyi.

Ha több fogyasztót egyetlen fogyasztóval helyettesítünk oly módon, hogy az áramkör áramerőssége nem változik, akkor ezt a fogyasztót eredő ellenállásnak nevezzük.
Jele: Re

Soros kapcsolás esetén az eredő ellenálás értéke az egyes fogyasztók ellenállásának összegével egyenlő.
Re = R1 + R2 + …

Soros kapcsoás a gyakorlatban: mivel minden eszközt működtetni kellene, ezért ezt a kapcsolási módot nem igazán alkalmazzuk. A hagyományos karácsonfaizzók ilyen kapcsolással vannak bekötve.

Párhuzamos kapcsolás

Készítsd el az alábbi áramkört a megfelelő mérőműszerekkel együtt! Az első izzó ellenállása legyen 20 Ω, a msodiké pedig 30 Ω. Az áramforrás feszültsége 60 V legyen!

párhuzamos kapcsolás

Ha két vagy több fogyasztó kivezetéseit egy-egy pontba, a csomópontba kötjük, akkor párhuzamos kapcsolást hozunk létre.

Párhuzamos kapcsolás részei

párhuzamos részei

Párhuzamos kapcsolás tulajdonságai:

        • az elektronoknak több útvonala van
        • a fogyasztók egymástól függetlenül is működhetnek (ha az egyiknél megszakítjuk az áramkört, akkor a másik még működik)
        • a mellékágai áramerősségeinek összege a főág áramerősségével egyenlő
        • a feszültség minden fogyasztónál megegyezik az áramforrás feszültségével

Építsd meg azt az áramkört, amiben csak egy fogyasztó van, de annak ellenállása 12 Ω!

párhuzamos eredő ellenállása

Párhuzamos kapcsolás esetén a fogyasztók olyan egyetlen fogyasztóval helyettesíthetők, melynek ellenállása kisebb, mint bármelyik fogyasztó ellenállása.
Párhuzamos kapcsolás esetén az eredő ellenállás kisebb, mint bármelyik fogyasztó ellenállása.

Párhuzamos kapcsolás a gyakorlatban: a gyakorlati életben szinte mindenhol párhuzamos kapcsolást alkalmazunk. A háztartások elektromos hálózata is ilyen, ezért nem kell minden eszközt bekapcsolni, hogy a számítógép is működhessen.

A tesztkérdések és a számítási feladatok megoldásában nagy segítséget adhat az áramkörépítő animáció!

Teszt

Két sorba kapcsolt fogyasztó ellenállása 35 Ω és 50 Ω. Melyiken mérhetünk nagyobb feszültséget?

 
 
 

A hagyományos karácsonyfaizzók közül egy kiég. Világítanak-e a többiek?

 
 

Két sorba kapcsolt fogyasztó ellenállása 35 Ω és 50 Ω. Mekkora az eredő ellenállás?

Két párhuzamosan kapcsolt fogyasztó közül az egyik 40 Ω, a másik 60 Ω ellenállású. Melyiken folyik kisebb áramerősség?

 
 
 

Három izzó párhuzamosan van kapcsolva egy áramkörben. Az egyiket kicsavarjuk. Hogyan változik a főág áramerőssége?

 
 
 

Két párhuzamosan kapcsolt fogyasztó mellé bekötünk még egy fogyasztót, az előző kettővel párhuzamosan. Hogyan változik a főágban az áramerősség?

 
 
 

Question 1 of 6

Elektromos ellenállás, Ohm törvénye

Az előző tanévben tanultuk, hogy az anyagok apró részecskékből állnak, és ezek a részecskék folyamatosan mozognak (szilárd halmazállapotban helyhez kötve rezegnek). Az elektronok az áramlásuk közben ütköznek a helyükön rezgő részecskékkel, így a mozgásuk lelassul. A vezeték anyaga tehát akadályozza az elektronok áramlását.

Készítsd el az alábbi árakört, és olvasd le az áramerősséget!

áramkör

Kattints az izzóra, majd töröld az áramkörből (delete billentyű lenyomásával lehet törölni)!
Tedd be a helyére a második “Ellenállás” nevű eszközt! (a nyíllal lehet a következő csoportra lépni)

áramkör

Jól látható, hogy ebben az esetben az áramerősség értéke sokkal kisebb, mint az előzőben, és az elektronok mozgása is nagyon lelassult. Ez az eszköz tehát sokkal jobban akadályozza az elektronok mozgását.

Elektromos ellenállás

Fogalma: a fogyasztók azon tulajdonsága, hogy anyaguk részecskéi akadályozzák az elektronok áramlását

Jele: R

Kísérlet

Tedd vissza az izzót az áramkörbe, majd állítsd be a következő feszültségértékeket: 9 V; 18 V; 27 V! Olvasd le a hozzájuk tartozó áramerősségértékeket!

Tapasztalat: kétszer, háromszor akkora feszültség esetén az áramerősség is kétszer, háromszor akkora. Ugyanazon fogyasztó esetén tehát az áramerősség, és az áramforrás feszültsége között egyenes arányosság van.

Bármilyen fogyasztóra megismételhetjük a fenti kísérletet, a tapasztalat minden esetben az lesz, hogy a két mennyiség között egyenes arányosság van.

Ohm törvénye

Ugyanazon fogyasztó kivezetésein mért feszültség, és a fogyasztón átfolyó áram erőssége egyenesen arányos.

Az egyenesen arányos mennyiségek hányadosa minden esetben ugyanaz a szám, és ezt a fenti kísérlet értékeinél is ellenőrizhetjük: a feszültség és az áramerősség hányadosa mindhárom esetben 10.
Ez a hányados értéke tehát az adott fogyasztóra jellemző mennyiség, ez adja meg a fogyasztó elektromos ellenállásának értékét.

Ellenállás kiszámítása: R = \frac{U}{I}  (feszültség osztva áramerősség)
Ellenállás mértékegysége: Ω (óm)
1 Ω az ellenállás értéke, ha 1 V feszültségű áramforrás esetén az áramerősség 1 A.

Az áramkörépítő animációban az fogyasztók ellenállása is beállítható a kívánt értékre. Ehhez rá kell kattintani a fogyasztóra, majd a kép alján található csúszka segítségével lehet elvégezni a módosítást.

ellenállás módosítása

Számítási feladatok

      1. Képletek: R = \frac{U}{I};    U = R · I ;    I = \frac{U}{R}
      2. Számítsd ki annak a fogyasztónak az ellenállását, melyen 250 mA erősségű áram halad át, ha 100 V feszültségű áramforrásra kapcsoljuk!
        I = 250 mA = 0,25 A
        U = 100 V
        R = ?
        R = \frac{U}{I} = \frac{100 V}{0,25 A} = 400 Ω
      3. Mekkora volt az áramforrás feszültsége, ha a 200 Ω ellenállású fogyasztón átfolyó áram erőssége 3 A?
        R = 200 Ω
        I = 3 A
        U = ?
        U = R · I = 200 Ω · 3 A = 600 V
      4. Egy 600 Ω ellenállású fogyasztót 120 V feszültségű áramforrásra kapcsoltunk. Hány mA a rajta átfolyó áram erőssége?
        R = 600 Ω
        U = 120 V
        I = ?
        I = \frac{U}{R} = \frac{120 V}{600 \Omega } = 0,2 A = 200 mA

Teszt

Please go to Elektromos ellenállás, Ohm törvénye to view the test

Az elektromos mező munkája

Hetedik osztályban tanultuk, hogy fizikai értelemben akkor végzünk munkát, ha egy test erő hatására elmozdul.

Nézd meg az alábbi kísérletet!

Az alumínium “harangocska” elmozdult, ami csak valamilyen erő hatására történhetet. Ez az erő tehát munkát végzett. Az elektromos mező képes munkát végezni, aminek következtében a testek elmozdulhatnak. De az elektronok áramoltatásához is munkavégzésre van szükség.

Az elektromos mező munkavégző képességét az elektromos feszültséggel tudjuk jellemezni.

Az elektromos feszültség

Fogalma: megmutatja, hogy mennyi munkát végez az elektromos mező, miközben 1 C töltést áramoltat át az egyik pontból a másikba.
Jele: U
Mértékegysége: V (volt)
1 V a feszültség, ha 1 C töltést 1 J munka árán áramoltat az elektromos mező

Az elektromos feszültség az áramforrások jellemző mennyisége. Néhány áramforrás feszültsége:
elem: 1,5 V
akkumulátor: 12 V (személyautók esetén)
hálózati áramforrás: 230 V
távvezetékek: 20.000 – 750.000 V
a felhők között villámláskor: kb. 100.000.000 V

Az elektromos feszültség mérése

Az áramkörépítő animációban az alábbi képen látható voltmérővel lehet a feszüléget mérni. (az animációt ide kattintva tudod új lapon megnyitni)

Voltmérő

Állítsd össze az alábbi áramkört, és a képen látható módon csatold hozzá a voltmérőt!

Feszültség mérése

A képen is látható, hogy a voltmérőt nem építjük bele az áramkörbe, hanem a két érintkezőjét a mérendő két ponthoz csatoljuk. És a kapcsoló bekapcsolása nélkül is méri az áramforrás feszültségét.

Az áramkör bármely két pontján is megmérhetjük a feszültséget, de ekkor a kapcsolót be kell kapcsolni.

Feszülség mérése

Az animációban található áramforrások feszültségét a kép alján látható csúszka mozgatásával tudjuk változtatni. (ehhez az áramforrásra rá kell kattintani) Ez a későbbiekben fontos lesz.

feszültség beállítása

Áramforrások összekapcsolása

      1. Építsünk össze 3 elemet az áramkörépítőben a képen látható módon (egymás után elhelyezve), és mérjük meg a feszültségét! (egy elem feszültségét hagyjuk 9 V-on!)
        telep építése 1Az így kapott telep feszültsége egy telep feszültségének a háromszorosa lett. Ilyen összekapcsolás esetén a kapott telep feszültsége az elemek feszültségének összegével egyenlő.
      2. Építsünk össze 3 elemet az áramkörépítőben a képen látható módon (egymás mellett elhelyezve), és mérjük meg a feszültségét! (egy elem feszültségét hagyjuk 9 V-on!)
        telep építése 2Ilyen összekapcsolás esetén a kapott telep feszültsége nem változik, de az élettartama sokkal hosszabb, mint egy elem élettartama.

Teszt

Please go to Az elektromos mező munkája to view the test

Az áramerősség

Kísérlet

Az áramkörépítő animáció segítségével építsd meg az alábbi két áramkört, és a kapcsolók bekapcsolása után figyeld meg az elektronok mozgási sebességét (és az izzó által kibocsájtott fény erősségét)! (A második áramkörben 3 db elem van beépítve egymás után)
Az animációt itt nyithatod meg egy új lapon.

áramerősség

Megfigyelhetjük, hogy a jobb oldali áramkörben az elektronok gyorsabban mozognak. Ha egy ponton bele tudnánk nézni a vezetékbe, és megszámlálnánk, hogy egy adott idő alatt mennyi elektron halad át, akkor a jobb oldaliban sokkal több (3-szor annyi) haladna át ugyanannyi idő alatt.

Áramerősség

Fogalma: c.
Jele: I
Kiszámítása: I = \frac{Q}{t} (átáramlott töltés osztva időtartammal)
Mértékegysége: A (amper)
1 A az áramerősség, ha 1 másodperc alatt 1 C töltés halad át a vezető keresztmetszetén)
1 A = 1000 mA (milliamper)

Áramerősség mérése

Az áramerősség mérésére alkalmas eszközt ampermérőnek nevezzük. Az áramkör építő animációban az alábbi kép abrázolja:

ampermérő

Építsünk mindkét áramkörbe egy-egy ampermérőt az alábbi ábra szerint, majd kapcsoljuk be a kapcsolókat. (az áramkört úgy lehet megszakítani, ha eg ycsatlakozásra kattintás után rákattintunk a megjelenő ollóra)

áramerősség mérése

A jobb oldali áramkörben 3-szor akkora áramerősség mérhető.

Számítási feladatok

Képletek: I = \frac{Q}{t} ;      Q = I · t ;        t = \frac{Q}{I}

Egy vezető keresztmetszetén 5 perc alatt 60 C töltés áramlik át. Számítsuk ki a áramerősséget!
t = 5 min = 300 s
Q = 60 C
I = ?
I = \frac{Q}{t} = \frac{60 C}{300 s} = 0,2 A

Mennyi töltés áramlik át fél óra alatt annak a vezetőnek a keresztmetszetén, amelyen 40 mA erősségű áram halad át?
t = 0,5 h = 1800 s
I = 40 mA = 0,04 A
Q = ?
Q = I · t = 0,04 A · 1800 s = 72 C

Mennyi idő alatt áramlik át 4 C töltés a vezető keresztmetszetén, ha az áramerősség 25 mA?
Q = 4 C
I = 25 mA = 0,025 A
t = ?
t = \frac{Q}{I} = \frac{4 C}{0,025 A} = 160 s

Teszt

Please go to Az áramerősség to view the test

Az elektromos áram hatásai

Kémiai (vegyi) hatás

Egyenáram segítségével a víz összetevőire bontható szét.
A videó megtekintéséhez ide kell kattintani.

Hőhatás

Ha egy vezetőn elektromos áram halad át, akkor a vezető felmelegszik. Ezen alapul több eszköz működése is (hősugárzó, vasaló, hajszárító fűtőszála, …)
A videó megtekintéséhez ide kell kattintani
Egy másik videó ide kattintva nyitható meg

Élettani hatás

A csapvíz – a benne lévő ásványi anyagok és a sótartalom miatt – vezeti az elektromos áramot. Az emberi testben lévő víz különböző sókat tartalmaz, ezért jól vezeti az elektromos áramot.
Az emberi szervezeten áthaladó áramtöbb féle hatást okozhat. A hőhatás miatt égési sérüléseket, a kémiai hatás miatt a testnedvek összetétele változhat meg. A biológiai hatás miatt az izmok összehúzódnak.

Az izomösszehúzódást hasznosítja a defobrillátor, mely a szív izmait összahúzva indíthatja el a vérkeringést.

Mágneses hatás

Az áramjárta vezető körül mágneses mező alakul ki, melyet egy iránytű segítségével tudunk kimutatni. (Videó)

A részletesebb bemutatást tartalmazó videót ide kattintva lehet megnyitni

Egy valamennyi hatást bemutató videó ide kattintva érhető el.

Az elektromos áram, és az elektromos áramkör

Elektromos áram

Ha egy testben elektrontöbblet van (azaz negatív töltés) a másikban pedig elektronhiány, és a két testet egy vezetővel összekötünk, akkor az elektronok a vezetőn keresztül a negatív test felől a pozitív felé áramlanak.

elektromos áram

Az elektromos töltéssel rendelkező részecskék egyirányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük.

Áramköri elemek

Azt az eszközt, ami az elektrontöbbletet (így az elektronok áramlását) folyamatosan biztosítani tudja, áramforrásnak nevezzük.
Pl.: hálózati áramforrás, elem, akkumulátor, …

Azt az eszközt, melyen az elektromos áram áthaladásakor számunkra kedvező változás történik, fogyasztónak nevezzük.
Pl.: izzó, hajszárító, számítógép, …

Egy áramkör megépítéséhez szükség van még vezetékre és kapcsolóra.

áramkör

Fontosabb áramköri elemek jelölése

áramköri elemek

Nyitott áramkör rajza

Áramkör építő animáció: az elemeket behúzással lehet az áramkörbe építeni.

Gyakorlásként az alábbi áramkört építsd meg az animációval! A kapcsolóra rákattintva zárul az áramkör, és az elektronok áramlása láthatóvá válik.

áramkör

A bemutató videó ide kattintva nyitható meg