Robert Hazen, Ph.D., George Mason Egyetem
az elektromos áramkörök fontos fogalmak, amelyek gyakorlati alkalmazásokkal rendelkeznek mindennapi életünkben. Ez egy nagyon egyszerű koncepció, amely három különböző komponenst tartalmaz—az elektromos energia forrását, az eszközt és a vezető anyag zárt hurokját.
elektromos energia forrása
az elektromos áramkör első alkotóeleme az elektromos energia forrása, amely lehetővé teszi az elektronok mozgását. Ez a forrás lehet egy akkumulátor, egy napelem vagy egy vízerőmű—egy hely, ahol van egy pozitív és egy negatív terminál, és ahonnan a töltés egyikről a másikra áramolhat. Ezt az elektromos töltést feszültségnek nevezzük, amelynek potenciálját voltban mérik.
eszköz az elektromos áramkörben
a második komponens az eszköz. Reagál az áthaladó áramra. Ma egy eszköz olyan dolog, amelyet be lehet dugni egy fali aljzatba, és elektromos árammal lehet használni. A hurok általában egy darab vezető anyaggal van lezárva. Általában huzal, de vannak más típusú anyagok is, amelyek bezárhatják a hurkot. Például a televízió belsejében különféle fémcsíkok vannak, amelyeket egy műanyag felületre raktak le, amely lehet a vezető anyag, vagy akár bizonyos esetekben egy olyan eszköz alváza, amely a zárt áramkör részévé válik.
elektromos áramkör ellenállása
a harmadik komponens az ellenállás; minden áramkörnek van némi ellenállása az elektronok áramlásával szemben. Az elektronok ütköznek más elektronokkal és atomokkal, amelyek a vezetéket alkotják, és így energiájuk egy részét hővé alakítják. Egyszerűen nem lehet energiát átvinni egyik formából a másikba anélkül, hogy az energia egy részét hő formájában elveszítenénk.
Tudjon meg többet az elektromágnesességről.
zseblámpa mint elektromos áramkör
a zseblámpa egy egyszerű eszköz, amely magában foglalja mindhárom komponenst. A zseblámpában lévő két elem a forrás.
a zseblámpa végén lévő izzó az az eszköz, amelybe az áram áramlik. Az áram egy nagyon apró izzószálon keresztül áramlik, amely az elektromos ellenállás miatt nagyon magas hőmérsékletre melegszik. Ennek eredményeként az izzószál fényesen világít.
az áramkört végül egy fémcsík egészíti ki, amely a zseblámpa oldalsó hordóján megy le. A zseblámpa egyik végén egy huzaltekercs is található, a másik végén pedig az akkumulátor érintkezési pontjai, valamint a másik huzalcsík, amelyek együttesen teljesítik az áramkört.
kapcsoló, biztosíték és megszakítók
a zseblámpák és a legtöbb más elektromos készülék is rendelkezik kapcsolóval. A kapcsoló csupán olyan eszköz, amely segít megtörni a vezető anyag folyamatos hurokját.
amikor a kapcsoló nyitva van, nincs áram, de amikor a kapcsoló zárva van, van áramlás. Alapvetően minden áramkör így működik. Még a szoba falához csatlakoztatott áramkörben is van egy folyamatos huzalhurok, amely az otthonától egészen az erőműig terjed.
biztosítékot vagy megszakítót használnak a túlterhelés miatti nagyobb tüzek megelőzésére. A biztosítékot úgy tervezték, hogy égjen, ha az áram túl magas lesz.
Tudjon meg többet a termodinamika első törvényéről.
elektromos áramkörök típusai
kétféle áramkör található az otthonokban és más általános eszközökben; nevezetesen Soros áramkörök és párhuzamos áramkörök.
Soros áramkörök— a Soros áramkörök több eszközből állnak, amelyek mindegyike egyetlen nagy hurokban kapcsolódik egymás után. Bár, a különböző eszközök különböző feszültséggel rendelkeznek, ugyanaz az áram áramlik át a soros áramkör minden eszközén.
ha egy soros áramkör bármelyik eszköze megszakad, az egész áramkör meghibásodik. Például, ha három izzók csatlakozik egy sor, csak egy hurok vezeték csatlakozik egy akkumulátort. Ha egy villanykörte ki van csavarva, az egész áramkör meghibásodik.
párhuzamos áramkörök —párhuzamos áramkörökben különböző eszközök vannak elrendezve úgy, hogy egyetlen forrás táplálja a feszültséget a különálló huzalhurkokhoz. Az áramkör minden eszközének feszültsége pontosan ugyanaz, de általában a különböző eszközök különböző áramokat fognak látni. Ebben az esetben minden eszköz akkor is működni fog, ha a többi meghibásodik.
például, ha két izzót párhuzamosan kapcsolnak össze, és az egyiket kicsavarják, a másik működni fog. A Modern karácsonyfa lámpákat párhuzamos áramkörökben végzik, így még akkor is, ha egyetlen fény kiég, az egész szálat nem kell kidobni.
ez egy átirat a videó sorozat The Joy Of Science. Nézze meg most, a Wondrium – on.
az elektromos áramkörök közötti kapcsolatok rendszerezése – Kirchhoff törvényei
az áramkörök rendszerezett viselkedése rendkívül fontos az elektrotechnikában, és Kirchhoff törvényeivel magyarázható. Az első törvény kimondja: “a forrás által termelt energia megegyezik az áramkörben elfogyasztott energiával, beleértve az ellenállás következtében elveszett hőt is.”
a második törvény kimondja: “bármely csomópontba áramló áram megegyezik az adott csomópontból kifolyó áramok összegével.”Ez azt jelenti, hogy az áram a vezetékeken átáramló elektronok, és a csomópontba áramló elektronok száma megegyezik az adott csomópontból kifolyó elektronok számával.
Tudjon meg többet az entrópiáról.
az elektromos energia különböző formái alapvetően azonosak?
Michael Faraday gondos, szisztematikus felméréseket végzett az összes különféle elektromosságról. Be tudta bizonyítani, hogy az elektromosság különböző formái pontosan ugyanazt a jelenséget produkálják, és az elektronok mozgásából erednek.
Faraday arra a következtetésre jutott, hogy az energia minden formája szikrákat hoz létre, vezetékeken keresztül áramolhat, és munkát végezhet. Kutatásai azt is először mutatták ki, hogy az elektromos angolna állati elektromossága, az akkumulátorból származó elektromosság és a villámlás elektromossága mind egy és ugyanaz a jelenség.
elektromos áram és teljesítmény
az elektronok áramát vagy mozgását az elektromos áramkörön keresztül elektromos áramnak nevezzük. Az áramot amperben mérik. Egy amper körülbelül 6 milliárd elektronnak felel meg, amelyek másodpercenként áthaladnak egy ponton az áramkörben.
a villamos energiával kapcsolatos másik fontos kifejezés a hatalom. A teljesítmény meghatározása: munka osztva az idővel. Egy elektromos áramkörben a teljesítmény megegyezik az áramfeszültséggel, wattban mérve. Minél nagyobb a teljesítmény, annál gyorsabb az adott tárgy által elfogyasztott energia, legyen az izzó, erősítő vagy bármilyen elektromos eszköz.
Tudjon meg többet a mágnesességről és a statikus elektromosságról.
Gyakori kérdések Alessandro Volta közreműködésével és az akkumulátor feltalálásával kapcsolatban
amikor az áram egy nagyon apró izzószálon keresztül áramlik, az elektromos ellenállás miatt nagyon magas hőmérsékletre melegszik. Ez azt eredményezi, hogy az izzószál fényesen ég, így a zseblámpában lévő izzó világít.
a biztosítékokat és a megszakítókat úgy tervezték, hogy megakadályozzák az elektromos berendezések túlterhelés miatti károsodását. Míg a biztosítékokat túlterhelés után ki kell cserélni, a megszakítókat csak vissza kell állítani.
az elektronok elektromos áramkörön keresztüli áramlását elektromos áramnak nevezzük, amelyet amperben mérünk.
a régi idők Karácsonyfafényei sorozat típusú áramkörök voltak, ahol ha egy izzó nem működik, az egész áramkör meghibásodik. A modern karácsonyfa lámpák azonban a párhuzamos áramkörök elvét követik