Elektromos munka

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Áram hatására a különböző anyagú és minőségű vezetők különböző mértékben melegszenek. Azonos keresztmetszetű és hosszúságú vezetők esetén a nagyobb fajlagos ellenállású anyag melegszik jobban. Az elektromos áram hőt termel, amelynek nagysága az áramvezető adataitól is függ. Ez a Joule-féle hő. Ez a hő munkavégzés eredménye.

Munka[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Elektromos mezőben levő töltésre erő hat (Coulomb erő), mely a töltött testet gyorsítja, a nem rögzített test elmozdul, így munkát végez. A Q töltés az A pontból a B pontba kerülve munkát végez:

W_{AB} = F \cdot s = Q \cdot E \cdot s,

ha az E elektromos erővonalak mentén mozdul el a töltés - ha a töltés elmozdulása során \alpha szöget zár be az E erővonalakkal, akkor

W_{AB} = F \cdot \cos\alpha \cdot s = Q \cdot E \cdot s \cdot \cos\alpha,

és

W_{AB} = 0,

ha a töltés az E erővonalakra merőlegesen mozdul el.

A munkavégzés, amelyet az elektromos tér végez A-B pont között, miközben Q töltés halad át t idő alatt:

W_{AB} = U_{AB} \cdot Q.

Ez a kifejezés Ohm törvénye segítségével átalakítható:

W_{AB} = U_{AB} \cdot I \cdot t = U_{AB}^2 \cdot \frac{t}{R} = I^2 \cdot R \cdot t.

Elektromos teljesítmény és hatásfok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az elektromos munkára kapott kifejezésből definiálható az R ellenállású fogyasztó által felvett teljesítmény:

P = \frac{W}{t} = U \cdot I = I^2 \cdot R = \frac{U^2}{R}

Az elektromos hálózatra jellemző a munkavégzés hasznosságára vonatkozó hatásfok:

\eta = \frac{P_R} {P_T} = \frac {I_R^2 \cdot R}{I_T^2 \cdot R_T} = \frac{U_R^2 \cdot R_T}{U_T^2 \cdot R},

ahol P_R az R fogyasztó által felvett teljesítmény, P_T a feszültségforrás által leadott összes teljesítmény.

Tapasztalatok azt igazolják, hogy egy nem ideális telepből kivehető teljesítmény a külső ellenállás függvényében akkor maximális, ha R_b = R_k. Azt mondhatjuk, hogy akkor vehetünk ki egy telepből maximális teljesítményt, ha a külső és a belső ellenállás megegyezik, vagyis illesztve vannak. Minden más (kisebb) teljesítményértékhez két R_k érték tartozik. Érdekes, hogy bármely összetartozó R_k értékpár mértani közepe a belső ellenállást adja meg:

Konzervatív erőtér[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ha az A pontból a B pontba mozog a töltés, és az így keletkezett W_{AB} munkát elosztjuk a töltés nagyságával, akkor a kapott mennyiség csak az elektromos tér kezdeti és végállapotától függ csak. Ezt nevezzük az A pont B-hez viszonyított feszültségének.
1 volt a feszültség A és B pontok között, ha a mező 1 coulomb töltésen 1 joule munkát végez, mialatt a töltés A pontból B pontba jut. Az elektromos mezőben végzett munka független a töltött test által megtett úttól, csak a kezdő és végponttól függ. Az ilyen tereket, amelyekben a megfigyelt testen végzett munka nagysága független a két végpont közötti úttól, konzervatív erőtérnek nevezzük.

Mivel a feszültség független az úttól, csak az elektromos tér kezdő és végpontjától függ, (vagyis bármilyen úton jutok A pontból B pontba, a munka ugyanannyi) ezért egy nulla szintet választhatunk (ez a föld vagy a végtelen távoli pont) és ettől számítjuk a feszültséget, így megkapjuk a potenciált. A potenciál jele: U_{0A}=U_A; mértékegysége: V (volt) Az U_{AB} feszültség kifejezhető U_A és U_B potenciálok segítségével a következőképpen:

U_{AB} = U_A - U_B.

Tárolt elektromos munka[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ha egy galvánelem reverzibilisen működhet, azaz ha a benne lévő anyagok az áram termelése közben átalakulnak, de ha ezek az anyagok ellenkező irányú áram hatására képesek szinte hiánytalanul visszaalakulni, akkor mondhatjuk, hogy ezek a galvánelemek - ciklikusan használva, a regenerálódásuk révén - az elektromos munka tárolóinak tekinthetők. Ezek az akkumulátorok.

Hasonló célra használhatók a kondenzátorok is.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]