LENDÜLETBEN
BioFiz&Biotech&Kutatás

MENÜ
Az elektromos feszültség
 

A „csilingelős” kísérletnél a fémgolyócskát az elektromos mező mozgatja.
Ha két párhuzamos fémlemez közül az egyiken elektrontöbbletet hozunk létre és a másikat földeljük, akkor közöttük elektromos mező jön létre. A lemezek közé szigetelő szálra függesztett fémgolyó – az elektromos mező hatására – ide-oda leng, és az egyik lapról a másikra áthordja a többletelektronokat. Az elektronok áthordásakor az elektromos mező munkát végez, közben gyengül, végül megszűnik. Ezt az elektroszkóp mutatója jelzi. Ahhoz, hogy az elektronok áthordása tartós és egyenletes legyen, pótolni kell az átszállított elektronokat.
 
 
Az elektronok rendezett mozgatásakor az elektromos mező munkát végez, amelyet elektromos munkának szokás nevezni.
 
 
 
Kísérlettel megállapítható, hogy:
kétszer, háromszor annyi elektron átáramoltatásakor kétszer, háromszor nagyobb a végzett munka. Ez azt jelenti, hogy a végzett munka egyenesen arányos az átszállított elektronok együttes töltésével.
 
  
 

A két áramkörben folyó áram erőssége egyenlő ( I 1 = I 2 ), de a végzett munka különböző ( W 1 < W 2 ).
Állítsunk össze két áramkört zsebtelep és zsebizzó, illetve hálózati áramforrás és hálózati izzólámpa alkalmazásával. Az izzókat úgy válasszuk meg, hogy a két áram-körben az elektromos áram erőssége egyenlő legyen. Ez azt jelenti, hogy a két izzón másodpercenként ugyanannyi az átáramlott töltés. Kísérletünkben jól látható, hogy a hálózatra kapcsolt izzólámpa sokkal jobban világít, mint a zsebizzó, tehát az izzólámpán nagyobb a végzett munka.
 
 

Az elektromos eszközök könnyebbé teszik munkánkat.
A zsebtelep és a hálózati áramforrás elektromos mezője – ugyanannyi elektromos töltés átáramoltatása közben – különböző munkát végez. Az elektromos mező által végzett munka tehát nemcsak az átáramlott töltés mennyiségétől, hanem a munkát végző elektromos mezőtől is függ.
 
Azt a mennyiséget, amely az elektromos mezőt munkavégzés szempontjából jellemzi, feszültségnek nevezzük.
 
A feszültség jele: U .
 
A feszültség megmutatja, hogy mennyi munkát végez az elektromos mező, miközben 1 C töltést a mező egyik pontjából a másikba áramoltat.
 
A feszültséget az elektromos munka és az átáramlott töltés hányadosaként számíthatjuk ki.
 
 
 
feszültség = elektromos munka/átáramlott töltés,

Egységnyi a feszültség, ha:
 
A voltmérő kapcsolási jele:
 
 
 

Néhány jellemző feszültségérték:
 
 

Galvánelemek soros kapcsolásával nagyobb feszültségű telep hozható létre.
 

A voltmérővel mindig két pont közötti feszültséget mérünk.
A feszültség mértékegysége a joule coulomb , amit voltnak nevezünk.
 
 
A volt jele: V. 1 V = 1 J C
 
 
Akkor 1 V a feszültség az elektromos mező két pontja között, ha pl. 1 C töltés átáramoltatása közben 1 J a végzett munka.
 
 
A gyakorlatban használt mértékegység még a millivolt ( mV ) és kilovolt ( kV ) is:
1 V = 1000 mV ,
1 kV = 1000 V .
 
 
Az áramforrás feszültsége azt mutatja meg, hogy az áramforrás mennyi munkát végez 1 C töltés egyik pólusról a másikra történő átáramoltatása közben. A 4,5 V feszültségű zsebtelep például 1 C töltés átáramoltatása közben 4,5 J , a 230 V -os hálózati áramforrás pedig 230 J munkát végez.
 
 
A gyakorlatban különböző feszültségű áramforrásokra van szükség. Ezeket sokszor több áramforrás összekapcsolásával nyerjük.
 
 
Az elemek összekapcsolásával telepet készítenek. Ha az elemek ellentétes pólusait kapcsolják egymás után, akkor soros kapcsolást hoznak létre. A zsebtelep például három sorosan kapcsolt rúdelemből áll. Megmérve a telep feszültségét, az tapasztalható, hogy az éppen a sorosan kapcsolt elemek feszültségének összege. Az elemek soros kapcsolásakor az elemek feszültsége összegződik.
 
 
A feszültség mérése
 
Az elektromos feszültség mérésére alkalmas eszköz a feszültségmérő műszer, röviden voltmérő.
 
 
A voltmérő a kivezetéseihez kapcsolt két pont közötti feszültséget méri.
 
 
A feszültségmérő méréshatára a mutató legnagyobb kitéréséhez tartozó feszültségérték. Ha a mutató kitérése ennél kisebb, akkor a mért feszültség is kisebb.






 
  
 

Ügyelj a polaritás és a méréshatár helyes megválasztására!
A voltmérő használatának szabályai:
 
—
A mérőműszert mindig nagyobb méréshatárra kell kapcsolni, mint a várható feszültség!
 
—
A voltmérőt mindig az áramkör azon két pontjához kell kapcsolni, amelyek közötti feszültséget meg akarjuk mérni!
 
—
A voltmérő + jelű kivezetését a két pont közül ahhoz kapcsoljuk, amely az áramforrás pozitív (+) pólusa felől van. Az áramkör másik pontját a mérőműszer megfelelő méréshatárú kivezetéséhez csatlakoztatjuk.
 
—
Ha a voltmérőt fogyasztó nélkül, közvetlenül az áramforrás pólusaihoz kapcsoljuk, akkor az áramforrás feszültségét mérjük.
 
OLVASD EL!
 

Alessandro Volta (1745–1827) .
Alessandro Volta (1745–1827) itáliai fizikus és fiziológus volt. Már az iskolában megszerette a természettudományokat. Egyaránt nagy tehetsége mutatkozott a fizika és a költészet iránt. Néhány korabeli fizikus és kémikus felfedezéseit hexameterekbe írt költeményekbe foglalta.
 
Huszonkilenc éves korában fizikát kezdett tanítani szülővárosában, Comóban. Öt évvel később fizikaprofesszor lett a paviai egyetemen.
 
Huszonkilenc éves korában fizikát kezdett tanítani szülővárosában, Comóban. Öt évvel később fizikaprofesszor lett a paviai egyetemen.
 
Sokat utazott, és személyes kapcsolatban állt kora kiváló tudósaival. 1782-ben Magyarországon is járt.
 
Nevéhez fűződik az érintkezési elektromosság felfedezése. Felismerte, hogy a fémek az érintkezési elektromosság szempontjából feszültségi sorba rendezhetők.
 
Az ő tiszteletére nevezték el a feszültség mértékegységét voltnak.
 
FIGYELD MEG!
1.
1. A gyakorlati életben a különböző feszültségtartományokat névvel is megkülönböztetik:
 
—
A törpefeszültség ( 42 V alatt) még nem veszélyes az emberre.
 
—
A kisfeszültség ( 42 V – 1000 V –ig) – ez fordul elő a legtöbb helyen – már életveszélyes!
 
—
A nagyfeszültség ( 1000 V felett) – az ilyen berendezéseknek már a megközelítése is életveszélyes!
 
A kis- és nagyfeszültségű berendezések szakszerűtlen használata életveszélyes!
 
ELLENŐRIZD TUDÁSOD!
1.
Mi végez munkát az elektromos tulajdonságú részecskék áramoltatásakor?
 
2.
Mit mutat meg a feszültség? Mi a feszültség jele, mértékegysége?
 
3.
Hogyan számítjuk ki a feszültséget?
 
4.
Mikor 1 V a feszültség a mező két pontja között?
 
5.
Mi a voltmérő? Mit nevezünk a voltmérő méréshatárának?
 
6.
Sorold fel a voltmérő használatának szabályait!
 
GONDOLKOZZ ÉS VÁLASZOLJ!
 

1. feladat
1.
Olvasd le az ábráról a voltmérő által jelzett feszültséget, ha a műszer méréshatára
 
a)
5 V ;
 
b)
25 V !
 
2.
Rajzold le annak az áramkörnek a kapcsolási rajzát, amelyben két sorosan kapcsolt izzólámpa van! Rajzold be a voltmérők kapcsolási jelét is, amelyekkel az egyik izzó, a másik izzó, illetve az áramforrás kivezetései közötti feszültség mérhető!
 
 
 
3.
Rajzold le annak az áramkörnek a kapcsolási rajzát, amelyben két párhuzamosan kapcsolt izzólámpa van! Rajzold be a voltmérők kapcsolási jelét is, amelyekkel az egyik izzó, a másik izzó, illetve az áramforrás kivezetései közötti feszültség mérhető! Hány voltmérőre van szükséged, ha egyszerre akarod mérni a kérdésben szereplő mindhárom feszültséget? Indokold válaszod!
 
OLDJUNK MEG!
1.
Mekkora a feszültség a mező két pontja között, ha 5 C töltés átszállításakor a végzett munka 400 J ?
 
Q = 5 CW⁢= 400 JU = ?        ¯⁢⁢
Következtetéssel:
 
WQU1 J1 C1 V400 J1 C400⋅1 V = 400 V, mivel  W∼U400 J5 C400 V5=80 V
Képlettel:
 
U = WQ = 400 J5 C = 80JC = 80 V
SZÁMÍTSD KI!
1.
Egy áramforrás elektromos mezője 6 J munkát végez, miközben 1 C töltést áramoltat át egyetlen fogyasztón. Mekkora az áramforrás feszültsége?
 
2.
Az elektromos mező 10 J munkát végez, miközben 2 C töltést áramoltat át két pontja között. Mekkora a két pont közötti feszültség?
 
3.
Mekkora az áramforrás feszültsége, ha elektromos mezője 1320 J munkát végez 6 C töltés átáramoltatása közben?

 

 

Asztali nézet