(P:L)(P:L)Ez a rövid "szösszenet" azért készül, hogy ne kelljen állandóan leírni ugyanazokat a dolgokat, illetve több dolog megtalálható lesz egyben. Forrásokat használok fel, így jobban lehet illusztrálni a dolgokat.
Kicsit száraz lesz az egész, de sajnos a fizika már csak ilyen, leírhatnám hosszasan "gyerekesen", de nincs is hozzá kedvem, meg hosszú is lenne nagyon.
Kezdeném azzal, hogy felsorolom az SI alapegységeket és azok definícióit, hiszen ezekre visszavezethető az összes többi mértékegység.
Méter (m) A 86-os tömegszámú kriptonatom 2p10 és 5d5 energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő, vákuumban terjedő sugárzás hullámhosszának az 1640763,73-szorosa.
Újabb meghatározása: A vákuumban terjedő fény 1s alatt megtett útjának 1:299792458-ad része.
Kilogramm (kg): A Párizsban őrzött etalon ( platina-iridium henger ) tömege. Ennyi egy dm^3 vegytiszta H2O tömege 4 Celsius fokon.
Másodperc (s): A 133 tömegszámú, alapállapotú céziumatom két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9192631770 periódusának időtartama.
Amper (A): Annak az állandó áramnak az erőssége, amely két párhuzamos, egyenes, végtelen hosszú, vékony és vákuumban egymástól 1 méter távolságban áramolva e két vezető között méterenként 2 x 10^-7 N erőt hoz létre.
Kelvin (K): A víz hármaspontja ( ahol a víz három fázisa termodinamikai egyensúlyban van ) termodinamikai hőmérsékletének 273,16-od része.
Kandela (cd): A fekete sugárzó 1:600 000 m^2-nyi felületének a fényerőssége a felületre merőleges iránybana platina dermedési hőmérsékletén ( 2042,5 K) és 101325 Pa nyomáson.
Mól (mol):Az az anyagmennyiség, mely annyi elemi egységet tartalmaz, ahány atom van 0,012 kg 12C-ben.( C szenet jelöl), ez körülbelül 6,022 x 10^23 részecske anyagmennyisége.
Radián [rad]: A kör sugarával egyenlő hosszúságú körívhez tartozó középponti szög.
Szteradián [sr]: A gömbsugár négyzetével egyenlő területű gömbfelületrészhez tartozó középponti térszög.
Ez idáig unalmas, de nemsokára lesz pár példa is, például, hogy a kWh-át, hogyan tudjuk visszavezetni ezekre az egységekre. ( A mértékegységek dimenzióit, ha szögletes zárójelbe tettem, meghülyült a PH, ezért marad a "sima" zárójel.)(/P)(/P)
Meg kell ismerkednünk az energia fogalmával:
Az energia általános értelemben a változtatásra való képességet, a fizikában a testek pillanatnyi állapotát leíró mennyiség, állapotjelző.. Egy bizonyos állapotú fizikai rendszer energiája azzal a munka-mennyiséggel adható meg, amellyel valamilyen kezdeti állapotból ebbe az állapotba hozható. A kezdeti állapotot referencia állapotnak, vagy referenciaszintnek hívjuk. Régiesen munkavégző képességként is meghatározták, azonban a munka az energia egy speciális formája, azaz a meghatározás ilyen formában semmitmondó. Forrás: wikipédia / itt megtalálhatóak az energia fajtái is, ezért nem írom le őket /
Az energia definíciójakor már hallottunk arról, hogy az energia a munkavégző képesség. Az energiaátalakítások egyik célja, hogy közben munkavégzés történjen. A munkavégzés alapja két rendszer kölcsönhatása, ahol az egyik rendszer energiája csökken, míg a másiké nő. A bekövetkező energiaváltozás nagysága, vagyis a munkavégzés mértéke a munka. A munka mértékegysége a joule (J), egy angol származású fizikus-kémikus, James Prescott Joule tiszteletére.
Miután a munka energiaváltozás, munkával mérjük az energiát is, ezért az energia mértékegysége is joule.
A joule mértékegységgel leggyakrabban az élelmiszerek csomagolásán találkozhatsz. Itt az adott élelmiszerből (általában 100 g-ja vonatkoztatva) nyerhető energia mennyisége van feltüntetve. Többnyire kJ (ejtsd: kilózsúl) formájában, természetesen 1 kJ = 1000 J. Régebben használták a kalória (cal) mértékegységet is, 1 cal=4,1868 J, azaz 1 kcal=4,1868 kJ. Forrás:termtud
Közelmúltban olvastam cikket újabb 1 kW-os PC-tápok érkezéséről, ugye egy ilyen táp, ha 100%-os hatásfokú lenne ( ami persze lehetetlen ), teljesen le lenne terhelve, akkor 1 óra alatt 1 kilowattóra elektromos energiát fogyaszt. Nos ennyi energiával 864 liter vizet lehet 1 fokkal felmelegíteni és ez megfelel 369 000 méterkilogrammnyi mechanikai munkának.
Csak, hogy legyen fogalmunk mennyi munka is ez, 5 kg tömegű test 10 méterre való felemeléséhez 50 méterkilogramm munka kell, egy 70 kg-os ember ennyi energiával 5271,43 méter magasba tudna jutni, ami azért már nem kis magasság.
Most már találkoztunk a kilowatt mértékegységgel is ami ugye 1000 watt(W)-nak felel meg. Egy 100 W-os izzón 230 V feszültség mellett 0,43 A áram folyik. Persze előtte tisztázni kellene a feszültség fogalmát, utána jobban értjük miről is van szó.
A feszültség definícióját az érthetőség kedvéért képként bemásolom:
nagyban:[link]
Egyégnyi töltéssel rendelkezik az elektron, proton, az utóbbi pozitív és 1,6 x 10^-19 C a töltése.
Az áramot már definiáltuk, de szemléltetésképpen ide is rakok egy képet.
Nagyban:[link]
Még egy feszültséggel kapcsolatos példa is maradt ott. :-]
Ezek alapján már megtudhatjuk, hogy mi is villamos munka, illetve teljesítmény:
nagyban:[link]
Meg kell ismerkednünk az ellenállás fogalmával:
"Az elektromos ellenállás (rezisztencia, jele: R) az anyag azon tulajdonsága, hogy az áram folyását gátolja, és az I²×R villamos teljesítményt hővé alakítja. Az egyenáramú ellenállás azért keletkezik, mert a töltést hordozó részecskék ütköznek az adott anyag atomjaival." forrás : wiki
Ez nagyjából jó is nekünk, de azért nem teljes a kép. Teljesség kedvéért : ellenállás
Azért fontos az utóbbit elolvasni, mert Ohm törvényénél lineáris karakterisztikájú fogyasztót vizsgálunk.
Hogy is van Ohm törvénye? U/I = R. Tömören, de kicsit fogalmazzuk meg.
Lineáris karakterisztikájú fogyasztó esetén a fogyasztóra kapcsolt feszültség ( U) és a rajta folyó áram ( I ) hányadosa állandó. Tehát Ohm ( 1826 ) törvénye szerint az ellenállás kapcsain fellépő feszültség a rajta átfolyó áramerősséggel arányos, ha az ellenállás értéke nem változik.
Végére 1-2 példa.
1.Mekkora ellenállása van annak a fogyasztónak, amelyen 72V hatására 12 mA erősségű áram folyik?
Adatok : U = 72 V I = 12 mA ( = 0,012 A )
R = U / I = 72 V / 12 mA = 6 kΩ = 6000 Ω
2. Egy hősugárzó fűtőszálának ellenállása 53 Ω, feszültsége 230 V. Mennyi energiát fogyaszt egy hónap ( 30 nap ) alatt, ha naponta 10 órát üzemel?
W= U * I * t = U * ( U/R) * t = (U^2/R ) * t = ((230^2 V^2) / 53 Ω) * 30 * 10 h = 300 kWh
Felhasznált irodalom: Demeter Károlyné - Dén Gábor- Szekér Károly - Varga Andrea Villamosságtan
A képek ebből vannak fotózva.
Ha van javítanivaló javítom.
Kiegészítés: Ellenállás és feszültség etalon, ha valaki az árammérlegre is kíváncsi azt is bevállaljuk
Az ellenállás etalon megvalósítására eddig a legalkalmasabb a Hall-elem ellenállása bizonyult. A Hall elemen átfolyó áram és az áram irányára merőlegesen ható B mágneses indukció Hall feszültséget hoz létre, amely arányos a Hall elem ellenállásával :
Um = Rm * I
Igen alacsony hőmérsékleten ( szupravezetés környéke ) Rm a térerősség függvényében csak meghatározott ( kvantált ) értékeket vehet fel, azaz :
Rm = h / ( e^2 * i )
ahol h a Planck állandó, e az elektron töltése és i a kvantumszám. Rendszerint az i74, és B=6 T
indukció mellett határozzák meg Rh értékét ez 6453,20 Ω A Hall hatáson alapuló ellenállás meghatározásának relatív bizonytalansága 5 * 10^-8 körüli, igen kedvező érték.
A feszültség értékének megvalósítására sokáig a Weston-féle normálelem szolgált.
Az elem egy H alaku üvegedényből áll. A Pozitív elektródot higany ( felette higanyszulfát ), a negatívot kadmium-amalgám alkotja. Az elektródokat befedő kadmiumszolját oldat telítettségét kadmiumkristályok biztosítják.
Az elem által szolgáltatott feszültség 1,01860 V 20 fokon terhelhetősége igen kicsiny ( 0,01 mA alatti ). Belső ellenállása nagy. ( ~1000 Ω ). Az elem feszültsége hőmérsékletfüggő (-40 µV / C ), a feszültség kis mértékben sztochasztikus jelleggel ingadozik és ha lassan is, de az idővel exponenciálisan csökken.
A feszültség etalon hosszú idejű stabilitásának megállapításában jelentős segítséget nyújtott a Josephen-effektus felfedezése. Ennek lényege az, hogy kimutatható az arányosság egy egyenfeszültségi szint és egy frekvencia között úgy, hogy az arányossági tényező két természeti állandó hányadosa.
A jelenség lényege az alábbi: két szupravezető közé vékony szigetelő réteget helyeznek és a szupravezetőket folyékony héliumba merítve előállítják a szupravezetési állapothoz tartozó hőmérsékletet. Ha most a szupravezetőkre U feszültséget kapcsolunk, akkor azt tapasztaljuk, hogy a szigetelőrétegen elektron párok jutnak át ( alagúteffektus ). Az elektron párok által kisugárzott energia:
W = 2eU e az elektron töltése, a sugárzás frekvenciája f = W/h, ahol h Planck állandó.
A szigetelő rétegben tehát f frekvenciájú áram oszcillál.
A fenti két egyenletből a frekvenciára f = U * (2e/h ) adódik.
Amennyiben a szigetelő réteget kívülről f0 frekvenciájú jellel besugározzuk és változtatjuk az U feszültséget, akkor U = U0 feszültségnél a rendszer szupravezetővé válik. A szupravezető állapotok csak az f0 frekvencia egészszámú többszöröseinél következnek be, és itt egy szakaszon belül az áram független a feszültségtől.
Mivel a frekvencia mérésénél igen nagy pontosságot tudunk elérni, ezért a feszültség meghatározásának bizonytalansága a h/2e meghatározásának bizonytalanságától függ, amely jelenleg 10 ^-8 pontossággal ismert.
Azok érdekesek.
Tényi tanár úr kérte.
