Elektromos áram
Az elektromos áram (villamos áram népiesen villany) az elektromos töltéssel rendelkező részecskék (töltéshordozók) sokaságának elektromos mező hatására kialakuló rendezett mozgása. Az áram irányát a pozitív töltéshordozók mozgásának az irányával definiáljuk.
Az áramlás irányának váltakozása alapján beszélhetünk váltakozó, vagy áramlás irányának állandósága esetén egyenáramról.
Ha elektromos töltések egy nyugalomban lévő vezető anyag belsejében az ott fennálló elektromos erőtér hatására mozognak, akkor a létrejött áramot vezetési (vagy konduktív) áramnak nevezik. Ilyen jön létre a fémekben a szabad elektronok mozgása révén.
Abban az esetben, ha a töltések mozgása azért következik be, mert a töltéseket hordozó test vagy közeg mozog, és vele együtt mozognak a töltések is, a létrejött elektromos áramot konvektív áramnak nevezik. A folyadékokban, gázokban az ionok mint szabad töltéshordozók mozgása konvektív áramot hoz létre.
Elektromos áramerősség. Az elektromos áram mint folyamat mennyiségi jellemzésére az elektromos áramerősséget használjuk fizikai mennyiségként. Az áram erősségét az áramvezető teljes keresztmetszetén adott idő alatt áthaladó összes töltésmennyiség és az idő hányadosával jellemezzük.
Az áramerősség SI-mértékegysége SI-mértékegysége az amper, amelynek jele A. Nevét André-Marie Ampère francia fizikus tiszteletére kapta.
Az amper 2019 május 20-tól érvényes definíciója szerint a természeti állandóként rögzített fizikai mennyiséghez, az elemi töltéshez kapcsolódik.[1] Ennek értéke a jelenleg érvényes 2018-as CODATA ajánlás szerint: e=1,602176634·10−19 C.[2]
Az áramerősség és a coulomb (C) között a következő összefüggés áll fenn.
Párhuzamos áramvezetékek között ható erő. Két egymással párhuzamos vezetőben folyó áramok hatására közöttük erőhatás lép fel. Ez a jelenség szolgált korábban az amper definíciójául. Az Ampère-féle gerjesztési törvénynek erre a speciális elrendezésre való alkalmazásával kapjuk a következő összefüggést.
Legyen az egymással párhuzamos, távolságra lévő vezetőkben folyó áramok nagysága amperben.
Időben állandó és váltakozó áram
Egyszerű áramkör, ahol az áram irányát az i-vel jelölt nyíl mutatja. Az áramforrás (V) pozitív oldaláról indul az áram az (R) elektromos ellenállás felé. Az elektronok a nyíllal ellentétesen mozognak.Az áram irányát a pozitív töltéshordozók mozgásának az irányával definiáljuk.
Ha az áram iránya és erőssége időben állandó, akkor stacionárius vagy egyenáramról beszélünk. Egyenáram jön létre egy olyan áramkörben, ahol az áramforrásnak pozitív és negatív pólusa van, így az áram megszakítás nélkül folyik a vezetékben. Az áramot létrehozó feszültségkülönbség és az áramerősség között az Ohm-törvény teremt kapcsolatot.
A váltakozó áram esetén az áramot létrehozó váltakozó feszültség ismétlődően (periodikusan) ellentétes értéket vesz fel (vagyis a pólusok váltakoznak). A periodicitás jellemzője a frekvencia. Az iparban és a háztartásokban jellemzően váltakozó áramot használnak hálózati energiaforrásként.
Az elektromos áram hatásai.Mechanikai hatás.Az elektromos áram energiáját az elektromágneses indukció révén a villanymotorok mechanikai energiává, mozgássá alakítják.
Hőhatás. Az elektromos áramban mozgó töltéshordozók az elektromos térből felvett energia egy részét kölcsönhatásokon keresztül átadják a környezetüknek. A fémekben az áramot létrehozó mozgó szabad elektronok a fém ionrácsának adnak át energiát, így a fém belső energiája megnő, és felmelegszik. Ezt az energianövekedést nevezzük Joule-hőnek.
A Joule–Lenz-törvény szerint egy ellenállású vezetékszakaszon leadott energia egyenesen arányos a vezetékszakasz ellenállásával, az áramerősség négyzetével és az eltelt idővel.
Élettani (fiziológiai) hatásSearchtool right.svg Bővebben: Áramütés. Az emberi test nedvei mint elektrolitok vezetik az elektromos áramot. Az emberi test elektromos ellenállása 200–3000 Ω között változhat a körülményektől függően. A szervezeten áthaladó áram izom-, bőr- és idegi károsodást, illetve halált is okozhat. A károsodás mértékét az áram erőssége, jellege (egyenáram vagy váltakozó áram) és frekvenciája, a hatás ideje, a testimpedancia és az áram testen belüli útja határozza meg. A nagyfrekvenciás váltakozó áram kevésbé veszélyes, mint az egyenáram, mert a nagy frekvencia miatt az áram nem hatol a test belsejébe, hanem inkább a bőrfelület mentén halad, ezzel ott többnyire csak égési sérülést okoz. Az emberi testbe jutó, szíven áthaladó 0,05 A (50 mA) erősségű váltakozó áram már halálos lehet, de ez függ a behatás időtartamától is.
A magyar háztartásokban is használt 230 V-os, 50 Hz-es váltakozó feszültség okozta áramütés már néhány tizedmásodpercen belül fibrillációt okozhat, ami 20-30 másodpercen belül oxigénhiánnyal és eszméletvesztéssel jár. Ha a váltakozó áram közvetlenül a szíven halad keresztül, már néhány mA is veszélyes lehet. Egyenáram esetén hasonló következményhez 500 mA-es érték szükséges. A fibrilláció szempontjából legveszélyesebb frekvenciatartomány a 12–60 Hz közötti érték. A háztartásokban használt váltakozó áram veszélyesebb, mint az azonos feszültségű vagy áramerősségű egyenáram. Egyenáram esetén a szív egyszerűen „megáll”, azonban az áram megszűnésekor magától képes elindulni. Paradox módon a defibrillátorban használt egyenáram képes megszüntetni a szív szabálytalan működését (a fibrillációt).
