KURZUS: Elektrotechnika

MODUL: Egyenáramú hálózatok

1. lecke: Bevezetés. A villamos jelenségek alapja az elemi töltések létezése. A töltés és mértékegysége. Coulomb törvény. Erővonalkép

|  | Tanulási célok
| A lecke áttanulmányozása után Ön képes lesz:
| saját szavaival megfogalmazni a villamos jelenségek alapvető okát; felírni és értelmezni Coulomb törvényét.
| Tananyag
| A villamos jelenségek oka az atomon belül található egyes részecskék villamos tulajdonsága. Az atom fő alkotóelemei közül az atommagban található proton pozitív, míg a Bohr-féle atommodell szerint, az atommag körül keringő elektron pontosan ugyanakkora negatív töltéssel rendelkezik.
| A villamos töltés jele: Q és q.
| Mértékegysége: coulomb, jele: C. 1 C=1 A s .
| Az elektron töltése, az elemi töltés: q e =−1,603⋅ 10 −19 C .
| Az atomon belül általában ugyanannyi proton van, mint elektron. A kétféle, ellentétesen töltött részecskék villamosan egymást semlegesítik. Ugyanez mondható el anyagaink nagyobb térfogatú részeiről is. Ha a semleges állapotot megbontjuk azzal, hogy töltött részeket, például elektronokat szakítunk ki és távolítunk el, akkor a visszamaradó anyag pozitív töltéstöbblettel fog rendelkezni, röviden pozitív töltésű lesz.
| A villamos töltések egymásra erővel hatnak. Az azonos töltések taszítják, a különneműek vonzzák egymást. Egy Q 1 és egy Q 2 nagyságú, pontszerű töltés között ható erő nagysága kiszámítható Coulomb törvénye szerint:
| F=konst⋅ Q 1 ⋅ Q 2 r 2 ,
| ahol r a két töltés közötti távolság. Az erő vektor, melyet a tér különböző pontjain erővonalképpel adhatunk meg. Az erő nagyságát az erővonalak sűrűsége érzékelteti, iránya a tér valamely pontján az erővonalhoz húzott érintő iránya és értelme (irányítottsága) az erővonal értelmével egyezik (1.1. ábra). A tér valamely pontját a három térbeli irány egy-egy távolságadatával, az erővektor nagyságát a három térbeli erőkomponens megadásával határozhatjuk meg. Mindez még időben változó is lehet.
1.1. ábra
| A villamos jelenségek ilyen általános tárgyalása bonyolult matematikai apparátust igényel, nehézkes és a lényeget gyakran elfedi. Célunk az, hogy először a lehető legegyszerűbb jelenségeket vizsgáljuk, azokból tapasztalatot gyűjtsünk, szemléletet szerezzünk, és ezekkel a lehető legjobban megalapozzuk az egyre összetettebb feladatok értelmezését és magyarázatát. Ennek szellemében a jelen tárgyban nagyrészt a hálózatszámítás törvényszerűségeivel foglalkozunk. Ezen belül először az időben változatlan, úgynevezett egyenáramú hálózatokat vizsgáljuk, majd az időben változó, főként szinuszos áramú hálózatokra általánosítjuk a megismert összefüggéseket. A villamos hálózatokat úgy tekintjük, mint az előbb körvonalazott általános villamos jelenségek egy dimenzióra korlátozott egyszerűbb esetei.
| A tananyag további részében a villamos és a mágneses tér jellemzőit ismerhetik meg, majd az elméleti összefüggések alkalmazását a villamos gépek és a félvezetők területén.

|  | Ellenőrző kérdések
| 1. Milyen részecskék okozzák a villamos jelenségeket?
| atomon belüli részecskék,
| atomok és molekulák,
| sok atomból vagy molekulából álló anyagmennyiség.
| 2. Mely elemi részecskék rendelkeznek villamos töltéssel?
| proton,
| neutron,
| elektron.
| 3. Mi a villamos töltés mértékegysége?
| amper,
| volt,
| amperszekundum,
| coulomb.
| 4. Milyen hatás nyilvánul meg két töltés között a térben Coulomb törvénye szerint?
| impulzus,
| erő,
| energia.