Két előzetes információra alapozom a mai leckét.

1. Azt tanultuk még az év elején, hogy a töltések egyirányú rendezett mozgását áramnak nevezzük. áram def.
2. A múlt órán pedig megtanultatok váltakozó feszültséget (és ezzel áramot is) létrehozni. Váltakozó áram def. Itt pedig az olyan áramot, amelynek erőssége és iránya is változik, váltakozó áramnak definiáltuk.

Aki nem kíváncsi erre a gondolatmenetre, ugorjon megint a XXX-re.
Érzitek a logikai különbséget a két fajta definíció között? Először csak áramról, mindenfajta jelző és megkülönböztetés nélkül beszéltünk, tehát ez minden fajta áramra vonatkozhatott. Ezzel a definícióval az egyenáramot ismertük meg. Mégsem tettük hozzá, hogy a a töltések egyirányú rendezett mozgását EGYENáramnak nevezzük. Most pedig jövök a váltakozó árammal.
Nos ez a fizika fejlődésének a jele. Először i) nyugvó töltés, utána a kicsit bonyolultabb, de ii) egy irányban áramló töltések és végül iii) a periódusosan váltakozó irányú töltések.
Nézzük meg, a váltakozó áramra is jó az első definíció? Szerintem igen, mert
- itt is rendezett az áramlás, az nem kétséges. Ezt magyaráznom sem kell ugye?
- egyirányú is ez a rendezett áramlás, csak úgy kell érteni, hogy mindegyik töltés egymással azonos irányban és emellett rendezetten mozog,
Vagyis az összes töltés azonos irányban mozog - egy adott időpillanatban! A másik időpillanatban pedig másik, de megint mindegyik azonos irányban! Egy kis értelmező magyarázat kellett hozzá, de ki lehet jelenteni, hogy az első definíció érvényes a váltakozó áramra is. A második definíció pedig pontosította a váltakozó áram meghatározását, de nem cáfolta az egyenáram tulajdonságát. Nem kellett felforgatni a több évszázad alatt összegyűlt ismereteket. Talán még azt lehetne hozzátenni, hogy az egyenáram esetén az egyirányú áramlás tartósan egyirányú.

XXX
ISMÉTELT DEFINÍCIÓ: Az olyan áramot, amelynek erőssége és iránya is PERIÓDIKUSAN* változik, váltakozó áramnak nevezzük.

Mi szerencsére csak peródikusan váltakozó áramról tanulunk, de jegyezzétek meg a középiskola számára, hogy az iparban sokfelé használnak nem periódikus váltakozó áramot. Fogadjunk, hogy nem is gondoltál rá, a szív, vagy az agy által keltett egyenfeszültség is ilyen nem periódikus áram. Szerencsére azért közelítőleg az és éppen az ettől való eltérésnek van jelentősége, mert különböző betegségek tüneteit jelentik!

Ez az ábra tökéletesen mutatja a töltések rendezett mozgását. Egyenáram esetén tartósan EGY irányban, míg a váltakozó áram esetén előre-hátra mozdulnak el a töltések. A váltakozó áramnál az ábra alapján jól érthető, hogy a töltések nem cikáznak a vezetékben, hanem inkább helyben rezegnek. Az egyenáramnál sem masíroznak a töltések külön-külön, hanem egymásnak adják át a elektromos töltéseiket. Az egyes elektronok fizikai, valódi áramlási sebessége néhány cm/perc!

Lépjünk tovább! A háztartásokban tehát váltakozó feszültség, váltakozó áram van. Ez az erőművekből indulva jut el hozzánk. Az erőművek a természetből nyerhető energiát alakítják át elektromos árammá. Ez lehet víz, atom, szén, szél, naphő, ... Közös mindegyikben, hogy generátorokat alkalmaznak, amiről a múltkori posztban írtam.

A generátorok a forgó mozgás miatt tehát periódikusan váltakozó áramot produkálnak. A különböző generátorok méretük, forgási sebességük különbözősége miatt különböző peródusban váltakozó és különböző feszültségű áramot adnak. Emlékeztek, az indukált feszültség nagysága 3 tényezőtől függ. Függ forgórész sebességétől és az alkalmazott mágnesek erősségétől és a tekercs menetszámától. Az elektromos berendezéseket méretezni kell, erről már szintén beszéltünk. Természetes nektek, hogy egy hajszárító kisebb hőt adjon le, mint egy vízforraló. Mindenki törekszik a kisebb energia fogyasztásra, tehát kisebb teljesítményű elektromos alkatrészekre, izzókra van pl. szükség. Nos ez a berendések, izzók feszültség és áramerősség értékének tervezésével, méretezésével érhető el. !!! hoppá P = U * I és R = U / I. Ezek egyértelműen meghatározzák az adatokat, értékeket. Ezért KÖTELEZŐEN meg kell állapodni abban, hogy mi legyen az indukált feszültség U értéke! A berendezések R ellenállása az alkalmazott anyagoktól függ és így a kör bezárult, az I áramerősség már nem lehet független az elektromos hálózatban. Ezért kell szabványt felállítani és az adott (földrajzi) területen mindig ugyanazt a jól meghatározott, kötelezően azonos értékű feszültséget szolgáltatni az elektromos hálózat üzemeltetőjének. A berendezéseket, eszközöket gyártóknak pedig ehhez kell/lehet igazodni. Tudod ugye, hogy a számítógéped milyen miniatűr, alacsony energia felhasználású (=teljesítményű) alkatrészekből áll, amik mind a 230 V-ra vannak méretezve. Gondold el, hogy egyszercsak 280 V feszültségű áramot kap ez a masina. Azonnal kampec! Egy időre nincs FB, nincs Messenger!

Az már kevésbé ismert számodra, de fogadd el, hogy ezek az elektromos berendezések a feszültség, áramerősség, teljesítmény mellett a váltakozó áram frekvenciájára is érzékenyek. Ez már gyártói, mérnöki probléma, nem általános iskolás anyag. De mi is ez a frekvencia?

DEFINÍCIÓ: A váltakozó feszültség frekvenciájának nevezzük a generátor forgórészének fordulatszámát. Jele f, mértékegysége az 1/sec. Az 1/sec-ot elnevezték Hertz-nek (Hz).

Az erőmű generátorának forgórésze Magyarországon az előírás, a szabvány szerint 0,02 sec alatt tesz meg egy fordulatot. (Tavaly a forgómozgásnál tanulnod kellett, ez a fizikai jelölésrendszerben T = 0,02 sec.
f = 1/T = 1/0,02 sec = 50 1/sec = 50 Hz). Ezt jegyezd meg mindenképpen: a magyar hálózati feszültség frekvenciája szabvány szerint 50 Hz és amint az előbb megindokoltam, a feszültség 230 V.

Még egy témát meg kell tárgyalnunk. Ez előfordulhat a hétköznapokban is, de a középiskola miatt jó, ha már hallottál róla és a tankönyv is említi. Nem szokták mondani, mert ez technikai részlet és minden szakember, aki akármi módon árammal, elektromos berendezések karbantartásával, gépekkel, ... foglalkozik, tudja, hogy a 230 V a hálózat effektív feszültsége. Ennyi elég neked is.

A további részleteket nem kell tudnod (mehetsz az YYY-ra, csak érdekességként írom, lássál ilyet is:

YYY A különböző országok különböző feszültséget és frekvenciát használhatnak, sőt vannak olyanok is, ahol ketté van osztva ebből a szempontból az ország. Japán pl. ilyen - a 4 nagy sziget miatt ez annyira nem is meglepő. A szokásos értékek: 100 V, 110 V, 120 V, 220 V és 230 V, illetve 50 Hz és 60 Hz.

A váltakozó áram hatásairól az energia-, áramszállítás mellett írok majd. Ez két rövid téma.

* A tankönyv ezt magyarázza, tehát én is ideírom, hátha tényleg nem ismeritek a peródikus latin eredetű szó jelentését. Szabályos módon és szakaszonként ismétlődő. Ilyen a ringlispil, vagy a mozdony kerekének körmozgása minaddig, amíg azt hajtják. Amint megszűnik a mozgatóerő, rögtön egyre hosszabbodnak a periódusok, a szakaszok.