4.1. Helyezzetek egymás mellé két semleges elektroszkópot. Egyiket töltsétek fel negatív, a másikat pozitív töltéssel. Helyezzetek a két elektroszkópra jól vezető fémszálat! Mit tapasztaltok?
4.2. A két elektroszkóp közül most az egyiket töltsétek fel, majd jól vezető fémszállal kössétek össze a töltött és a töltetlen elektroszkópot! Mit tapasztaltok?

Ha egy vezető két vége között elektromos állapotbeli különbség, azaz potenciálkülönbség van akkor töltésáramlás indul el, mindaddig amíg az állapotok ki nem egyenlítődnek. Ezt elektromos áramnak nevezzük. Tehát a töltéshordozók meghatározott irányba rendezett mozgást végeznek. Megállapodás szerint a pozitív töltéshordozók áramlási irányát tekintjük az áram irányának. A sors fintora, hogy az elektronok, azaz a negatív töltéssel rendelkező részecskék képesek elmozdulni a fémekben. A töltések áramlása hasonló a folyadékok áramlásához. A Duna folyása az Alföldön, egy hegyi patakéhoz képest lassabb. A folyókat, patakokat időegységre eső vízhozamuk alapján szokás összehasonlítani. Ugyanezt tesszük az elektromos áramok összehasonlításánál is. A vezető keresztmetszetén időegység alatt átáramló töltést megadó mennyiség az áramerősség.

Az áramerősség jele: I, mértékegysége: amper (A).

Az áramerőssége akkor 1 amper, ha például másodpercenként 1 coulomb a vezető keresztmetszetén átáramlott részecskék együttes töltése.

Andre Marie Ampere

 

4.3. Párosítsd az elektromos készülékeket a hozzájuk tartozó áramerősséggel!

 

telefon	50-600 A
zsebizzó	0,01 mA
villanyvasaló	2,5-4,5 A
elektromos hegesztő	0,2-0,3 A

Az elektromos áram balesetveszélyes, mivel az emberi szervezet is jó vezető. A szíven áthaladó 1mA-es áram már halált okozhat!

4.4. Old meg az alábbi számítási feladatokat!

a.) Mekkora az áram erőssége, ha a vezető keresztmetszetén 5 másodperc alatt 10 C töltés áramlik át?
b.) Mekkora az áram erőssége, ha a vezető keresztmetszetén 10 másodperc alatt 20 C töltés áramlik át?
c.) Mennyi töltés áramlik át 20 másodperc alatt azon a vezetőn, amelyben az áram erőssége 5 A?
d.) Mennyi töltés áramlik át 1 perc alatt azon a vezetőn, amelyben az áram erőssége 2 A?
e.) Mennyi idő alatt áramlik át 250 C töltésű részecske azon a vezetőn, amelyben 5 A az áram erőssége?
f.) Mennyi idő alatt áramlik át 500 C töltésű részecske azon a vezetőn, amelyben 10 A az áram erőssége?

Tudjuk tehát, hogy állandó áramerősség fenntartásához szükségünk van egy áramforrásra, melynek két pólusa között kialakuló elektromos mező fogja az elektronokat áramlásra, mozgásra kényszeríteni. Ezt az elektromos mezőt jellemeztük a feszültséggel. A nyugvó elektromos mezővel ellentétben itt a vezető belsejében nem nulla az elektromos mező, hiszen ez mozgatja az elektronokat. Hacsak ez az erő hatna az elektronokra akkor az áramerősségnek folyamatosan nőnie kellene. Mégis állandó I alakul ki. Ennek oka, hogy a fémrács helyhez kötött ionjaival ütközve az elektronok lelassulnak, miközben azokat élénkebb rezgésbe hozzák. Ennek hatására a vezető melegszik, hőt ad le a környezetének. Olyan ez, mint a súrlódás. Egyenletes sebesség eléréséhez állandó erőre van szükségünk, különben előbb-utóbb megállnánk. Tehát minden anyag bizonyos mértékű ellenállást, akadályozó hatást fejt ki az elektromos árammal szemben. A fogyasztók és vezetők ezen tulajdonságát elektromos ellenállásnak nevezzük.

Annak a fogyasztónak nagyobb az ellenállása, amelyben

a.) ugyanolyan feszültségű áramforrás kisebb erősségű áramot hoz létre, vagy
b.) egyenlő erősségű áram létrehozásához nagyobb feszültségű áramforrás kell.

Az ellenállás jele: R, mértékegysége: az ohm

Tapasztalati úton megállapíthatjuk, hogy adott fogyasztón átfolyó áram erőssége és a fogyasztó kivezetésein mért feszültség egyenesen arányos. Ez a megállapítás a német fizikus, Ohm nevéhez fűződik.

Ohm törvénye a következő összefüggést mondja ki:

4.5. Kísérletileg igazoljátok Ohm törvényét! Készítsetek jegyzőkönyvet!

 

Ismeretlen ellenállású fogyasztóra kapcsoljatok különböző feszültségeket! Először csak egy, majd kettő illetve három telepet. Az elemeket sorba kössétek, azaz negatív pólushoz a pozitívat, és így tovább! Mindhárom esetben mérjétek meg a fogyasztón átfolyó áramerősséget, és a fogyasztón eső feszültséget! A kapott eredményeket foglaljátok táblázatba, valamint ábrázoljátok a feszültséget az áramerősség függvényében! A kapott függvény meredekségéből határozzátok meg a fogyasztó ellenállását! Vonjatok le következtetést!

Az ampermérő a rajta átfolyó áram erősségét mutatja. Ezért ha egy fogyasztó áramerősségét akarjuk megmérni , akkor úgy kell bekötni az áramkörbe, hogy a rajta átfolyó áramerősség megegyezzen a fogyasztón átfolyó áramerősségével. Ez soros kapcsolással érhető el.

A feszültségmérő a rajta eső feszültséget mutatja. Ezért úgy kell bekötni, hogy ugyanakkora feszültség essen rajta, mint a fogyasztón. Mivel a feszültség a munkavégzéssel van kapcsolatban, és az elektromos mező munkája független az útvonaltól csak a kezdeti és végponttól függ, ezért ugyanazon két ponthoz kell csatlakoztatni, a fogyasztó két végéhez. Ez párhuzamos kapcsolásnál teljesül.

4.6. Old meg az alábbi számítási feladatokat!

a.) Számítsuk ki annak a fogyasztónak az ellenállását, amelyiken 2 A erősségű áram folyik át, ha kivezetésein 220 V a feszültség!
b.) Számítsuk ki annak a fogyasztónak az ellenállását, amelyiken 10 A erősségű áram folyik át, ha kivezetésein 380 V a feszültség!
c.) Mekkora feszültség mérhető a 20 ohmos fogyasztó kivezetésein, ha rajta 6 A erősségű áram halad át?
d.) Mekkora feszültség mérhető a 40 ohmos fogyasztó kivezetésein, ha rajta 8 A erősségű áram halad át?
e.) Mekkora erősségű áram halad át a 60 ohm ellenállású fogyasztón, ha 180 V a kivezetésein mérhető feszültség?
f.) Mekkora erősségű áram halad át a 40 ohm ellenállású fogyasztón, ha 220 V a kivezetésein mérhető feszültség?

Ha megmérnénk különböző hosszúságú, keresztmetszetű és anyagi minőségű huzalokat azt tapasztalnánk, hogy ellenállásuk lényegesen eltérő. Egy állandó A keresztmetszetű fémhuzal l hosszúságú szakaszának ellenállása egyenesen arányos a vezeték hosszával (minél hosszabb annál nagyobb az ellenállás), és fordítottan arányos a keresztmetszetével (minél nagyobb a keresztmetszet annál kisebb az ellenállás).

elektromos áram, áramerősség, elektromos ellenállás, Ohm-törvénye