Az elektromágneses indukció és a váltakozó áram
1. Az elektromágneses indukció
Áramforrás → elektromos mező → áram
K |
Tekercsbe mágnest dugunk be/húzunk ki, az ampermérő mutatója kilendül, melyet sorosan, a tekerccsel egy áramkörbe kapcsolunk be. Viszont amikor a mágnest bent hagyjuk, a mutató visszaáll.
Mágneses mező nyugalomban lévő elektronokra nem tud hatni, ezért az áramot elektromos mező hoz létre, amely a változó mágneses mező körül jön létre. Ez az áram az odahelyezett vezetőben áramot indít el. Ez az INDUKÁLT ÁRAM. A folyamat neve: ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ. Az indukált mezőt jellemző feszültség neve: INDUKÁLT FESZÜLTSÉG.
Lenz törvény: Az indukált áram iránya mindig olyan, hogy mágneses hatásával akadályozza az indukciót létrehozó változást. (ez az energia megmaradás törvényének eredménye)
Az indukált feszültség nagysága függ a változás sebességétől és a tekercs menetszámától, minél nagyobb, annál nagyobb a feszültség mindkét esetben.
Jelenség felhasználása: a váltóáram előállításánál, a mágnest egy ilyen tekercs körül forgatják, és ez váltóáramot hoz létre. Az erre használt szerkezetet generátornak nevezzük.
A váltakozó áramban a töltések oda-vissza rezegnek, nálunk 50 hertzes a váltakozó áram, vagyis 50 szer változik 1 mp alatt. A hálózati feszültség 230V.
2. A váltakozó áram hatásai
· Hőhatás
A részecskék súrlódása miatt, az áramló töltések felmelegítik a vezetéket, mely aztán egy idő után egyenletesen adja le a hőt. Vannak ezen a hatáson alapuló eszközök, pl. izzó, hajszárító, vasaló, hősugárzó
· Mágneses hatás
Változó polaritású mágneses mezőt hoz létre, melyet a vasat vonzó elektromágneseknél lehet felhasználni.
· Kémiai hatás
Nem jöhet létre elektrolízis, mivel az ionok csak rezegni tudnak. Balesetet is okozhat, mivel 1 elektródára mindkét féle ion kiválik, ez pedig balesetveszélyes.
· Élettani hatás
A hőhatáson és a kémiai hatáson alapul, eredménye izomgörcs, vagy akár halál is lehet.
3. Transzformátor
Részei: 2 tekercs és 1 közös zárt vasmag
Az 1. (primer) tekercsben váltakozó áram, a tekercs belsejében váltakozó mágneses mezőt hoz létre. Ezt a mágneses mezőt a vasmag átvezeti a 2. (secunder) tekercs belsejébe. A váltakozó mágnese mező maga körül elektromos mezőt indukál, melyet az indukált feszültség jellemez. (Ez a nyugalmi indukció, mivel az eszközök nem mozognak.)
Egy rendesen működő transzformátorban a két feszültség aránya megegyezik a tekercsek menetszámának arányával. U1: U2 = N1: N2. Egy jól működő transzformátorban nincs energiaveszteség, tehát a két tekercs teljesítménye megegyezik. Tehát az áramerősség fordítottan arányos a feszültségekkel és a tekercsek menetszámával.
4. Elektromos távvezetékrendszer
A felhasználókhoz az erőművekből hosszú, nagy ellenállású távvezetékeken jut le az áram, melyeknek nagy az ellenállása, ha nagy a bennük áramló áram áramerőssége. Ezért az erőmű közelében fel, a fogyasztók közelében pedig letranszformálják az áramot. Az elektromos áram generátortól fogyasztóig való eljutását energiaátvitelnek vagy energiaszállításnak nevezzük.
5. A váltakozó áram hatásain alapuló eszközök
· Elektromos melegítő eszközök
Fűtőszálként (a csatlakozónál nagyobb ellenállású) huzalt használnak, melyet porcelángyöngyökkel szigetelnek el a szerkezet többi fém, ill. műanyag alkatrészeitől.
· Olvadó biztosíték
Túláram hatására meghibásodhat az áramkör. Ezt a túláramot okozhatja zárlatos áramkör, vagyis fogyasztó nélküli áramkör, ill. túl sok fogyasztó egyszerre való működése ugyanabban az áramkörben. Ilyenkor a vezeték elolvaszthatja a szigetelését és rövidzárlat vagy urambocsá tűz is keletkezhet, és akkor őskaosz alakul ki. Ezt hivatott megakadályozni ez a kis szerkezet.
Ez egy porcelán –vagy üvegburkolatba helyezett nagyobb ellenállású huzal, mely adott erősségű áram hatására elolvad, előbb, mint a vezeték, így megakadályozza annak esetleges meghibásodását. Az elhasználódott (elszakadt szálas) biztosítékot a túláram okának megszüntetése után, ki kell cserélni, mivel ezek a cuccok egyszer használatosak.
· Elektromos izzólámpa
Izzószál oxigénmentes, nemesgázzal töltött üvegburába zárása. A nemesgáz megakadályozza az elégését, és felerősíti az izzásig melegített (általában Wolfram) izzószál fényét. Ennek a hatásfoka viszont nagyon alacsony kb. 3%, ezért ma már sok helyen kötelező a csaknem 80%-os hatásfokú energiatakarékos égőket használni, melyek nem ilyen elven működnek.
· Elektromágnes
Az áram ki/bekapcsolásával megszüntethető a mágneses mező, ill. növelhető az ereje, jóval az acél mágnes ereje fölé. Ezért teheremelő mágnesként használják a roncstelepeken vagy bárhol ahol nehéz vastárgyakat (lehet nikkel v. kobalt is) kell emelgetni.
· Távkapcsoló (relé)
Elektromágnes segítségével a relé bekapcsolásával az maga felé vonzza a másik áramkör vasból készült kapcsolójának karját, így zárja a másik áramkört. Ez addig áll fent, amíg a kapcsoló fel van kapcsolva, mivel egy elektromágnes vonzza magához a kapcsolót. Ha az áram megáll, az elektromágnes áramkörében a rugója visszahúzza a kapcsolót.
· Elektromos csengő
Az áram egymás utáni megszakításán és újra elindításán alapul. Egy vezető áramot visz az elektromágneshez, melynek hatására az elhúzza a kalapácsot a csengőtől, ám ezzel egy időben megszakad az áramkör és a rugó visszahúzza a kalapácsot, így megszólal a csengő. Majd az egész kezdődik alapállásból elölről. Ennek a folyamatos működése adja a csengőszerű hangot.
· Automata biztosíték
Az áramkör megszakítására használják. A kapcsoló vasból készült, melyet a túláram hatására bekapcsolt elektromágnes magához vonzz. Ezzel megszakítja azt az áramkört, amelyben a túláram keletkezett. A túláram megszüntetése után a biztosíték kapcsolójának visszakapcsolásával újra működőképes a berendezés.
Utolsó kommentek