Mi az elektromos áram: az alapok

Az elektromos áram oktatóanyag tartalmazza:
Mi az elektromos áram Áramegység – Amper AC & DC

Az elektromos áram az egyik legalapvetőbb fogalom az elektromos és elektronikus tudományban – az elektromos áram az elektromosság tudományának középpontjában áll.

Legyen szó akár egy elektromos fűtőberendezésről, egy nagy elektromos hálózati rendszerről, mobiltelefonról, számítógépről, távérzékelő csomópontról vagy bármi másról, az elektromos áram fogalma központi szerepet játszik a működésében.

Az áramot mint olyat azonban általában nem lehet látni, bár a hatásait állandóan látni, hallani és érezni lehet, és emiatt néha nehéz képet kapni arról, hogy mi is az valójában.

Az elektromos áram meghatározása

Az elektromos áram nagyságát másodpercenként coulombban mérik, ennek általános egysége az amper vagy ampere, amelyet az “A” betűvel jelölnek.

Az amper vagy ampert széles körben használják az elektromos és elektronikus technikában az olyan szorzókkal együtt, mint a milliamp (0,001A), mikroamp (0,000001A) és így tovább.

Az áramkörben folyó áramot általában az “I” betűvel jelöljük, és ezt a betűt olyan egyenletekben használjuk, mint az Ohms-törvény, ahol V=I⋅R.

Mi az elektromos áram: az alapok

Az áram alapfogalma az, hogy az elektronok mozgása egy anyagban. Az elektronok olyan apró részecskék, amelyek az anyagok molekuláris szerkezetének részeként léteznek. Néha ezeket az elektronokat szorosan tartják a molekulákon belül, máskor pedig lazán, és viszonylag szabadon mozoghatnak a szerkezetben.

Az elektronokkal kapcsolatban nagyon fontos megjegyezni, hogy töltött részecskék – negatív töltést hordoznak. Ha mozognak, akkor egy töltésmennyiség mozog, és ezt nevezzük áramnak.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy a mozogni képes elektronok száma határozza meg egy adott anyag áramvezetési képességét. Egyes anyagok jobban engedik az áramot mozogni, mint mások.

A szabad elektronok mozgása általában nagyon véletlenszerű – véletlenszerű -, ugyanannyi elektron mozog az egyik irányba, mint a másikba, és ennek következtében nincs általános töltésmozgás.

Ha az elektronokra olyan erő hat, amely egy adott irányba mozgatja őket, akkor mind ugyanabba az irányba sodródnak, bár még mindig kissé véletlenszerűen, de összességében egy irányba történik a mozgás.

Az elektronokra ható erőt elektromotoros erőnek vagy EMF-nek nevezzük, és a mennyisége a feszültség, amelyet voltban mérünk.

Hogy egy kicsit jobban megértsük, mi az áram, és hogyan hat egy vezetőben, a víz csőben való áramlásához hasonlíthatjuk. Ennek az összehasonlításnak vannak korlátai, de az áram és az áramlás nagyon alapvető szemléltetésére szolgál.

Az áramot úgy tekinthetjük, mint a csőben áramló vizet. Ha az egyik végére nyomást helyezünk, az arra kényszeríti a vizet, hogy egy irányba mozogjon, és átfolyjon a csövön. A vízáramlás mennyisége arányos a végére helyezett nyomással. Az egyik végére helyezett nyomás vagy erő az elektromotoros erőhöz hasonlítható.

Amikor a csőre nyomást gyakorolnak, vagy a csap megnyitásával engedik a vizet áramlani, akkor a víz gyakorlatilag azonnal áramlik. Ugyanez igaz az elektromos áramra is.

Hogy képet kapjunk az elektronok áramlásáról, egy amper áram esetén másodpercenként 6,24 milliárd, milliárd elektron áramlása szükséges.

Hagyományos áram és elektronáramlás

A hagyományos áramlással és elektronáramlással kapcsolatban gyakran sok félreértés van. Ez elsőre kissé zavaros lehet, de valójában elég egyszerű.

A vezetők mentén töltést hordozó részecskék a szabad elektronok. Az elektromos mező iránya egy áramkörön belül definíció szerint az az irány, ahová a pozitív próbatöltéseket tolják. Így ezek a negatív töltésű elektronok az elektromos térrel ellentétes irányba mozognak.

Ez azért alakult ki, mert a statikus és dinamikus elektromos áram kezdeti vizsgálatai azon alapultak, amit ma pozitív töltéshordozóknak neveznénk. Ez azt jelentette, hogy akkoriban az elektromos áram irányára vonatkozó korai konvenciót úgy határozták meg, hogy a pozitív töltések abba az irányba mozognak. Ez a konvenció megmaradt, és ma is ezt használják.

Összefoglalva:

• Hagyományos áramáramlás: A hagyományos áramáramlás a pozitív pólustól a negatív pólus felé halad, és azt az irányt jelzi, amerre a pozitív töltések áramlanának.
• Elektronáramlás: Az elektronáramlás a negatív termináltól a pozitív terminál felé tart. Az elektronok negatív töltésűek, ezért a pozitív kapocshoz vonzódnak, mivel az ellentétes töltések vonzzák egymást.

Ez az a konvenció, amelyet világszerte a mai napig használnak, még ha kissé furcsának és elavultnak is tűnik.

Az elektron vagy a töltés mozgásának sebessége

Az elektromos áram átviteli sebessége nagyon különbözik a tényleges elektronmozgás sebességétől. Maga az elektron a vezetőben ugrál, és esetleg csak másodpercenként néhány milliméteres sebességgel halad a vezető mentén. Ez azt jelenti, hogy váltakozó áram esetén, ahol az áram másodpercenként 50-60 alkalommal változtatja irányát, az elektronok nagy része soha nem jut ki a vezetékből.

Egy másik példával élve, a katódsugárcső belsejében lévő közeli vákuumban az elektronok közel egyenes vonalban haladnak a fénysebesség tizedével.

Az áram hatásai

Amikor elektromos áram folyik egy vezetőn keresztül, számos jel mutatja, hogy áram folyik.

• A hő elvezetése: Talán a legnyilvánvalóbb, hogy hő keletkezik. Ha az áram kicsi, akkor a keletkező hő mennyisége valószínűleg nagyon kicsi, és lehet, hogy észre sem vesszük. Ha azonban az áram nagyobb, akkor lehetséges, hogy észrevehető mennyiségű hő keletkezik. Az elektromos tűz a legjobb példa arra, hogy az áram hogyan okoz hőtermelést. A hő tényleges mennyiségét nemcsak az áram, hanem a feszültség és a vezető ellenállása is szabályozza.
• Mágneses hatás: Egy másik megfigyelhető hatás az, hogy a vezető körül mágneses mező alakul ki. Ha a vezetőben áram folyik, akkor ez érzékelhető. Ha egy iránytűt egy viszonylag nagy egyenáramot vezető vezeték közelébe helyezünk, látható, hogy az iránytű elhajlik. Megjegyzendő, hogy ez nem működik hálózati áram esetén, mert a mező túl gyorsan váltakozik ahhoz, hogy a tű reagáljon, és az ugyanazon a kábelen egymáshoz közel lévő két vezeték (feszültség alatt álló és semleges) kioltja a mezőt.
  Az áram által keltett mágneses mezőt számos területen hasznosítják. Egy huzal tekercsbe tekerésével a hatás fokozható, és elektromágnes készíthető belőle. Relék és egy sor más tárgy használja ki a hatást. A hangszórók szintén egy tekercsben lévő változó áramot használnak arra, hogy egy membránban rezgéseket idézzenek elő, amelyek lehetővé teszik az elektronikus áram hanggá alakítását.

Hogyan mérjük az áramot

Az áram egyik fontos szempontja, hogy tudjuk, mekkora áram folyhat egy vezetőben. Mivel az elektromos áram kulcsfontosságú tényező az elektromos és elektronikus áramkörökben, nagyon fontos tudni, hogy mekkora áram folyik.

Az áram mérésének sokféle módja van. Az egyik legegyszerűbb a multiméter használata.

Bár vannak más módszerek is az áram mérésére, ez a leggyakoribb.

Az áram az egyik legfontosabb és alapvető elem az elektromos és elektronikus technológián belül. Az áramkörben folyó áramot sokféleképpen lehet felhasználni, a hőtermeléstől kezdve az áramkörök kapcsolásának vagy az integrált áramkörben tárolt információnak a kiváltásáig.

Még több alapvető elektronikai fogalom:
Feszültség Áram Teljesítmény Ellenállás Kapacitás Induktivitás Transzformátorok Decibel, dB Kirchoff törvényei Q, minőségi tényező RF zaj
Return to Basic Electronics Concepts menu . . .