Egyszer ramkr Tancsok a tanulshoz Ez a tananyag

Egyszerű áramkör

Tanácsok a tanuláshoz Ez a tananyag csak a legalapvetőbb fogalmakat, összefüggéseket, mérési módszereket tartalmazza. Biztos tudásuk nélkülözhetetlen! Nem csak megértenie kell a tananyagot, hanem meg is kell tanulnia, azaz a fogalmakat, törvényeket el kell tudni mondani, a számításokat el kell tudni végezni, a méréseket végre kell tudni hajtani. Mielőtt kattintással továbbhalad, mindig ismételje el hangosan az előző információt! Ha nem sikerül, olvassa el újra! Ha a számítási feladatot nem tudta önállóan megoldani, később újra végezze el a feladat megoldását! Sikeres tanulást kívánunk! Kattintson a továbbhaladáshoz!

Tartalom Ennek a tananyagnak az elvégzésével a következőkről tanul: Az egyszerű áramkör felépítése Az Edison program használata Az áram, áramerősség, áramsűrűség A feszültség Az ellenállás, és a vezetőképesség Mérések az áramkörben Összefüggés az áram, a feszültség és az ellenállás között Ohm törvénye Feladatok Ohm törvényének gyakorlására Ellenőrző kérdések Kattintson a tanulni kívánt fejezet címe előtti jelre!

Az áramkör felépítése A legegyszerűbb áramkör feszültségforrást, fogyasztót, kapcsolót és vezetéket tartalmaz. Áram akkor folyik, ha az áramkör zárt. Feszültségforrás Kapcsoló Fogyasztó Vezeték

Az Edison program letöltése, használata Keresse fel az Interneten a http: //designsoftware. com oldalt! Kattintson az Edison linkre és olvassa el az ismertetőt! A Demo letöltés menüben töltse ki a regisztrációs kérdőívet, hogy megkaphassa a lehetőséget az ingyenes demo program letöltésére! Futtassa a letöltött programot az installáláshoz! A képernyőn megjelenik az asztal az alkatrészeket tároló polcokkal, a másik a szimulátor, amely az áramköri rajzot mutatja. (A Control Panelre nincs szükség, címsorára kattintás után ALT F 4 -gyel zárja be! A polc felületére kattintva változik a polc tartalma. Próbálja ki! Keresse meg a szükséges polcokat az áramkört összeállításához!

Az Edison program használata Ha alkatrészt húz a polcról az asztalra, az áramkör szimulátor ablakban megjelenik a rajzjele. Az alkatrészre való dupla kattintással megjelenik a tulajdonságait tartalmazó ablak. Ha a kurzort az alkatrész csatlakozó pontja fölé viszi, megváltozik a kurzor alakja, kör jelenik meg. Most lenyomott egérgombbal vezetéket tud húzni. A másik csatlakozó pont elérésekor ismét kör jelenik meg, ekkor kattintson a vezeték rajzolásának a befejezéséhez! A szimulátor ablakban is mozgathatja a rajzjeleket. (Az ALT TAB billentyűkombinációval tud a Power. Point vetítés és az Edison alkalmazások között váltani. ) Állítsa össze a fenti áramkört, majd kattintson a kapcsolóra!

Mindig kattintson a továbbhaladáshoz! Az áram a töltések (leggyakrabban szabad elektronok) rendezett mozgása. Jele I (mint intenzitás), mértékegysége Amper (A). Az áram irányának a pozitív töltéshordozók I mozgási irányát tekintjük. A töltés jele Q, mértékegysége Ampersecundum (As), amit Coulombnak (C) nevezünk. Minél nagyobb az egy másodperc alatt a vezetőn átáramlott töltés mennyisége, annál nagyobb az áramerősség. Tehát az áram erőssége egyenesen arányos a töltésmennyiséggel. Minél kisebb idő alatt áramlik át a vezetőn egy bizonyos töltésmennyiség, annál nagyobb az áramerősség. Tehát az áramerősség fordítottan arányos a töltések áthaladásának idejével. Matematikailag ezt így fejezzük ki:

Példa Mindig kattintson a továbbhaladáshoz! Hány elektron áramlik át a zseblámpa izzón fél óra alatt, ha az áramerősség 222 m. A? 0, 5 óra = 30 perc = 30 * 60 másodperc = 1800 s. 222 m. A = 0, 222 A (1 A = 1000 m. A, tehát 1 m. A=0, 001 A, 222 m. A = 222 * 0, 001 A = 0, 222 A) Az átáramló töltésmennyiség: I = Q / t, ebből Q = I * t = 0, 222 A * 1800 s = 399, 6 As Egy elektron töltése q = 1, 6 * 10 -19 As, tehát ha n db elektron adja a Q töltést, akkor Q = n * q, így n = Q / q = 399, 6 As / 1, 6*10 -19 As = 249, 75 * 10 19 db elektron

1. feladat Egy autó akkumulátorán a felirat: 44 Ah (Amperóra). Mennyi töltést tárol? Ha elkészült a számolással, vagy segítségre van szüksége, kattintson! Az eredmény: 158 400 C 1 óra = 3600 s, tehát 44 Ah = 44 * 3600 s = 158 400 As = 158 400 C

2. feladat 5 s ideig működtetjük az autó indító motorját. A motor 150 Amper áramot vesz fel. A töltésének hány százalékát veszti el a 44 Ah-s akkumulátor? Ha elkészült, vagy segítségre van szüksége, kattintson!

2. feladat megoldása Számítsa ki a felvett töltésmennyiséget! Ha elkészült, vagy további segítségre van szüksége, kattintson! Q=I * t = 150 A * 5 s = 750 As 44 Ah mennyi As? Ha kiszámolta, vagy további segítségre van szüksége, kattintson! 44 Ah = 44 * 3 600 = 158 400 As A 750 As hány százaléka a 158 400 As-nak? Ha elkészült, vagy további segítségre van szüksége, kattintson! 750 / 158 400 = 0, 0473 = 4, 73%

Az áramsűrűség Az áram hőhatása az jelenti, hogy amin áram folyik keresztül, az melegszik. A vezeték is, még ha nem is mindig vesszük észre. Az a tapasztalat, hogy a vékonyabb vezeték jobban melegszik, mint a vastagabb. Azonos áramerősség esetén vékonyabb vezetéken nagyobb az egységnyi keresztmetszetre jutó áramerősség, azaz az áramsűrűség. Jele J, mértékegysége mm 2. (A keresztmetszet a keresztben elmetszett vezeték vágási felülete. Tehát kör keresztmetszetű vezeték esetén a kör területe. ) A d Egy szabadon futó vezetékre nagyobb áramsűrűség engedhető meg, mint pl. egy tekercsre, hiszen a tekercs menetei egymást is melegítik.

3. feladat Mekkora keresztmetszetű vezeték szükséges 4 A áram esetén, ha a megengedhető áramsűrűség 2, 5 A/mm 2? A szabványos értékek: 1, 5; 2, 5; 4; 6; 10; … mm 2. Mekkora a vezeték átmérője? Ha elkészült, vagy segítségre van szüksége, kattintson! A definíciós képlet átrendezésével A = I / J = 4 A / 2, 5 A/mm 2 = 1, 6 mm 2. A legközelebbi, ennél nagyobb szabványos érték: 2, 5 mm 2 A vezeték átmérője (természetesen szigetelés nélkül):

Olvadó biztosító Működése az áram hőhatásán alapul. Ha – valamilyen hiba vagy a megengedettnél nagyobb áramfelvételű fogyasztó működtetése következtében – egy meghatározottnál nagyobb erősségű áram folyna az áramkörben, a biztosítóban levő vezetőszál kiolvad és ezzel megszakítja az áram útját. Állítsa össze a kapcsolást, használjon 630 m. A-es biztosítót! Hidalja át az izzó két kivezetését egy vezetékkel! Javítsa ki a biztosítót, majd cserélje az izzót 10 W-osra! A biztosító jellemzői: n az a legnagyobb áramerősség, amit még átenged, n a kiolvadt biztosító sarkain megengedett legnagyobb feszültség, n a kiolvadás idejére utaló jel, ami lehet normál (jele N), gyors (jele F, elektronikai eszközöknél használják), lomha (T, hosszabb idejű túláram esetén olvad ki, pl. motoroknál, mert induláskor nagyobb az áramfelvétel, mint üzem közben).

A feszültségforrás úgy jön létre, hogy a pozitív és a negatív töltéseket szétválasztjuk. A szétválasztáshoz munkát kell befekteti. Amikor a zárt áramkörben áram folyik, a töltések szétválasztásakor befektetett munkát kapjuk vissza (az áram végez munkát). Ha nincs zárt áramkör, a munkavégzés nem történik. De a lehetőség fennáll, a munkavégző képesség megvan. Tehát a feszültség egységnyi töltés munkavégző képessége. A feszültség jele U, mértékegysége Volt (V). A feszültségforrást generátornak is nevezzük. Többféle jele használatos, a leggyakoribbak: A feszültség iránya a pozitívtól a negatív pólus felé mutat. + U I - + U -

Az ellenállás és a vezetőképesség Az anyagban - amiben az áram folyik - kristályrács akadályozza a töltéshordozók mozgását. Ezt a tulajdonságot ellenállásnak nevezzük. Az ellenállás tehát áramkorlátozó hatású. Az ellenállás jele R (Rezisztencia), mértékegysége Ohm (Ω) A vezetőképesség jele G, Mértékegysége Siemens (S) Minél kisebb az ellenállás, annál jobban vezet az anyag, nagyobb a vezetőképessége. Tehát az ellenállás és a vezetőképesség fordítottan arányos mennyiségek. Matematikailag ezt így írjuk le:

Fedezze fel a hasonlóságot! Az áram az elektronok áramlása, hasonlítható a víz folyásához. . A víz a magasságkülönbség miatt folyik, az áram feszültség hatására. Tehát a feszültség hasonlítható a magasságkülönbséghez. A csappal szabályozhatjuk, hogy folyjon-e a víz vagy nem, tehát a csap megfelel a kapcsolónak.

Ne haladjon tovább, amíg az eddigieket biztosan nem tudja! Egy hanghordozóra (MP 3, számítógép, winchestere, diktafon, telefon, stb. ) mondja fel n Mi az áram, feszültség, ellenállás? n Mi az áramsűrűség?

Hogyan tovább? n Ha máskor folytatja a tanulást, lépjen ki a programból! n Ha ismételni szeretné az eddigieket, menjen vissza a tartalomjegyzékhez! n Akkor haladjon tovább, ha elégedett azzal, amit visszahallgat, ha biztos benne, hogy az eddigi tudása alapos!

Műszerek használata az áramkörben Ha a víz áramlásának erősségét akarjuk mérni, a műszert a víz útjába kell tennünk. Ennek megfelelően a műszer elhelyezéséhez meg kell szakítanunk az áramkört és az ampermérőt az áram útjába tesszük. A magasságkülönbséget két pont között mérjük. Ennek megfelelően a voltmérőt is a feszültségforrás két pólusa közé csatlakoztatjuk. I I U U

1. mérés Helyezze el a műszereket az áramkörben az ábra szerint! A feszültségforrás pozitív pólusát a műszer piros csatlakozójára kell kötni. Kattintással állítsa a multiméter üzemmódkapcsólóját a megfelelő állásba: a voltmérőt egyenfeszültség (V–), az ampermérőt egyenáram (A–)! Vegye észre, hogy a feszültségmérő akkor is mutatja a 4, 5 Vot, amikor a kapcsoló ki van kapcsolva! Ha a kapcsolót bekapcsoljuk, az áramerősség 430, 5 m. A.

2. mérés Cserélje ki a zsebtelepet változtatható feszültséget adó feszültségforrásra! Cserélje ki a multimétereket feszültség- illetve árammérőre! Cserélje ki az izzót ellenállásra! Az áramkör szimulátor ablakban a Nézet/Beállítások menüpontban európai szabvány szerinti jelölést válasszon! Az ellenállás tulajdonságlapján (dupla kattintás) 10 Ω-ot állítson be!

3. mérés 4, 5 V feszültség hatására 450 m. A áram folyik. A feszültségforrás bal oldali gombjával voltonként, a jobb oldalival 0, 1 voltonként tudja változtatni a feszültséget. Állítson be 9 (azaz 2 * 4, 5) V-ot! Az áram 900 (azaz 2 * 450) m. A lett. Állítsa be a táblázat szerinti értékeket! Jegyezze fel az eredményeket! U (V) I (m. A) 0 100 2 200 3 4 4, 5 5 6 7 300 450 500 600 700 Ha elvégezte a mérest, kattintson! Ugye a fenti értékeket kapta? 8 800 9 900

Összefüggések ábrázolása Megrajzoltuk, hogyan függ az áram a feszültségtől. Amit változtatunk (U), azt a vízszintes tengelyen ábrázoljuk, ami változik (I), az a függőleges tengelyen van. U (V) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I (m. A) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 I (m. A) U (V)

Összefüggés a mennyiségek között 1 Ha a feszültség hatására folyik áram, ebből következik, hogy kétszer akkora feszültség hatására kétszer akkora áram folyik. Tehát állandó ellenállás esetén az ellenálláson eső feszültség egyenesen arányos az ellenálláson átfolyó árammal. Matematikából tudjuk, hogy az egyenesen arányos mennyiségek hányadosa állandó. Ez az állandó a fogyasztó ellenállása. (Ha m. A-rel – azaz ezredrésszel – osztunk, kΩ-ot – azaz ezerszerest – kapunk eredményül. )

4. mérés Az előző mérésnél az ellenállás állandó értékű volt és a feszültséget változtattuk. Most a feszültség értékét tartjuk állandó értéken és különböző nagyságú ellenállásokat kapcsolunk a generátorra. Állítson be a generátoron 10 V-ot és mérje meg az áramot a 100 Ω-os ellenálláson! Cserélje ki az ellenállás értékét a táblázat szerint! Jegyezze fel az eredményt! R (Ω) 100 200 300 I (m. A) 100 50 33, 3 Ha elvégezte, kattintson! Ugye a táblázatban látható értékeket mérte?

Összefüggés a mennyiségek között 2 Ugye a mérés is igazolta, hogy az ellenállás áramkorlátozó hatású. Amikor kétszeresére növeltük az ellenállást, fele akkora lett az áram. Tehát állandó feszültség esetén az ellenállás és az áramerősség fordítottan arányos. Matematikából tudjuk, hogy fordítottan arányos mennyiségek szorzata állandó. Ez az állandó a feszültség.

Ohm törvény Az előző méréseink alapján most már kimondhatjuk a feszültség, áram és ellenállás közötti kapcsolatot, amit Ohm törvénynek nevezzük. Egy ellenálláson folyó áram egyenesen arányos a rajta eső feszültséggel és fordítottan arányos az ellenállás értékével. Matematikailag ezt így írhatjuk le: Ez az elektrotechnika egyik alapvető törvénye. Ha egy áramkörben több ellenállás van, akkor az egymáshoz tartozó értékekkel kell számolni! Pl. : az R 1 ellenálláson U 1 feszültség esik, az R 2 -n U 2, de mindkettőn I áram folyik, akkor

Példa Egy izzó nyakán a felirat: 12 V; 0, 3 A. Mit jelent ez? Azt jelenti, hogy 12 V feszültséggel való működtetésre tervezték, és akkor 0, 3 A áramot vesz fel a feszültségforrásból. Mekkora az ellenállása? R = U / I = 12 V / 0, 3 A = 40 Ω. Mekkora áramot venne fel abból a feszültségforrásból, amely 12 V helyett 13 V-ot szolgáltat? A feszültség és az áram egyenesen arányos. Tehát ha a feszültség 13/12 -szeresére nő (U 2), akkor az áram is, azaz I 2 = 0, 3 A * 13 / 12 = 0, 325 A. Az ellenállás ebben az esetben is 40 Ω, mert R 2 = U 2 / I 2 = 13 V / 0, 325 A = 40 Ω (ha a melegedés miatti ellenállás változástól eltekintünk).

4. feladat Egy gépkocsi villamos hálózatában 8 A-es biztosítók vannak. (azaz 8 A-nél nagyobb áram nem folyhat). a) Mekkora lehet a legnagyobb fogyasztású izzó ellenállása? b) 1 Ω-os ellenállású izzót tudunk működtetni? c) 2 Ω-os ellenállású izzót tudunk működtetni? Ha elkészült, vagy segítségre van szüksége, kattintson! a) b) c) R = U / I = 12 V / 8 A = 1, 5 Ω R 1 = 1 Ω esetén I 1 = U / R 1 = 12 V / 1 Ω = 12 A Ekkora áramra a biztosító már kiolvad. R 2 = 2 Ω esetén I 2 = U / R 2 = 12 V / 2 Ω = 6 A A biztosító nem olvad ki.

5. feladat Egy autó önindító motorjához vezető alumínium kábelt rézkábelre szeretnénk cserélni. Az alumínium kábel ellenállása 0, 846 mΩ, a rézkábelé 0, 525 mΩ. A kábelen 150 A áram folyik. Mi történik, ha kicseréljük a kábelt? Ha kész a válasszal, vagy segítségre van szüksége, kattintson! Az alumínium kábelen U 1 = I * R 1 = 150 A * 0, 846 mΩ = 127 m. V feszültség esik. A rézkábelen? Ha kész a válasszal, kattintson! A rézkábelen U 2 = I * R 2 = 150 A * 525 mΩ = 78 m. V feszültség esik. A rézkábelen kisebb a feszültségesés, tehát több marad a motor számára. Az alumínium kábelt rézre cserélhetjük, fordítva nem!

6. feladat Kattintson az ikonra, majd húzza a megfelelő mennyiségeket a megfelelő szürke mezőkbe! (A megjelenő ablakot mozgathatja, átméretezheti. Re a két ellenállást helyettesítő egyetlen ellenállás. )

Ne haladjon tovább, amíg az eddigieket biztosan nem tudja! Egy hanghordozóra (MP 3, számítógép, winchestere, diktafon, telefon, stb. ) mondja fel n n Hogyan szól Ohm törvénye? (Ne a képletet, hanem a tartalmát!) Miért egyenes az áram-feszültség diagram?

Hogyan tovább? n Ha máskor folytatja a tanulást, lépjen ki a programból! n Ha ismételni szeretné az eddigieket, menjen vissza a tartalomjegyzékhez! n Akkor haladjon tovább, ha elégedett azzal, amit visszahallgat, ha biztos benne, hogy az eddigi tudása alapos!

Ellenőrző kérdések 1. Mi a hiba ebben az áramkörben? Nincs feszültségforrás. Nincs fogyasztó. Nyitva van a kapcsoló. Kattintson a helyes válasz előtti gombra!

Ellenőrző kérdések 1. Mi a hiba ebben az áramkörben? Helyesen válaszolt: nincs fogyasztó. Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 1. Mi a hiba ebben az áramkörben? Rossz a válasz! Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 2. Miért hiba ebben az áramkörben, hogy nincs fogyasztó? Ha zárjuk kapcsolót, túl nagy áram folyik. Ha zárjuk kapcsolót, akkor sem folyik áram. Kattintson a helyes válasz előtti gombra!

Ellenőrző kérdések 2. Miért hiba ebben az áramkörben, hogy nincs fogyasztó? Helyesen válaszolt: Ha zárjuk kapcsolót, túl nagy áram folyik, mert nem korlátozza a fogyasztó ellenállása az áramot. Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 2. Miért hiba ebben az áramkörben, hogy nincs fogyasztó? Rossz a válasz! Ha nincs fogyasztó, nem korlátozza a fogyasztó ellenállása az áramot. Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 3. Melyik a helyes állítás? Ha van feszültség, mindig folyik áram. Feszültség csak áram hatására van. Az áram arányos a feszültséggel. Kattintson a helyes válasz előtti gombra!

Ellenőrző kérdések 3. Helyesen válaszolt: Az áram arányos a feszültséggel. Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 3. Rossz a válasz! Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 4. A diagram alapján állapítsa meg, hogy melyik ellenállás nagyobb értékű? Kattintson a helyes válasz előtti gombra! R 1 R 2 I (m. A) U (V)

Ellenőrző kérdések 4. Helyesen válaszolt: R 2 nagyobb értékű, mert azonos feszültségen kisebb áram folyik. Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 4. Rossz a válasz! Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 5. Számítsa ki az alábbi áramkörben R 1 és R 2 ellenállás értékét! R 1 = 1 Ω, R 2 = 2 Ω R 1 = 1 kΩ, R 2 = 2 kΩ R 1 = 2 Ω, R 2 = 1 Ω Kattintson a helyes válasz előtti gombra!

Ellenőrző kérdések 5. Helyesen válaszolt: R 1 = U 1 / I = 2 V / 2 m. A = 1 kΩ, R 2 = U 2 / I = 4 V / 2 m. A = 2 kΩ, Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 5. Rossz a válasz! Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 6. Válassza ki a helyes állítást! Egy tápegység (azaz feszültségforrás) egyik csatlakozópárján a felirat: 5 V, 2 A. Ez azt jelenti, hogy… Pontosan 5 V feszültséget és pontosan 2 A erősségű áramot szolgáltat (függetlenül attól, milyen fogyasztót kapcsolunk rá). Pontosan 5 V feszültséget és legalább 2 A erősségű áramot szolgáltat. Pontosan 5 V feszültséget és legfeljebb 2 A erősségű áramot szolgáltat. Kattintson a helyes állítás előtti gombra!

Ellenőrző kérdések 6. Helyesen válaszolt: Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 6. Rossz a válasz! A tápegységből felvett áramot a fogyasztó ellenállása határozza meg! Ez nem lehet nagyobb egy meghatározott értéknél! Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 7. Válassza ki a HAMIS állítást! 1 As töltésmennyiség halad át a vezetőn, ha 100 m. A erősségű áram 10 s ideig folyik. Egy 10 kΩ-os ellenállás vezetőképessége 0, 1 m. S. Ahhoz, hogy töltéseket válasszunk szét, munkát kell befektetnünk. A befektetett munkát visszakapjuk, amikor a feszültség hatására áram folyik. Az áram és az ellenállás egyenesen arányos mennyiségek. Kattintson a HAMIS állítás előtti gombra!

Ellenőrző kérdések 7. Helyesen válaszolt: Kattintson a Tovább gombra!

Ellenőrző kérdések 7. Rossz a válasz! Kattintson a Tovább gombra!

Ennek a tananyagnak a végére ért. Hasznosítsa sikerrel a tanultakat!