A feszültég a villamos erőtér jellemzője. A villamos erőtér az anyag olyan megnyilvánulása, amit nem látunk, s amely úgy jön létre, hogy a tér különböző pontjai között elektromos töltéskülönbség keletkezik. Az elektron – az elemi töltés – negatív, tehát ha valahol elektrontöbblet alakul ki a térben, akkor ott negatív töltéstöbblet van. Ha viszont a természetben valahol valamiből többlet van, az azt jelenti, hogy máshol meg hiány van. Az elektronok hiányát pozitív töltésnek nevezzük.

Ne gizdáskodjál, én is tudom, hogy létezik valódi pozitív töltés is, az antianyag pozitronja, de ennek témánk szempontjából nincs most jelentősége.

Mivel az ellentétek vonzzák egymást, az egyensúly érdekében e töltéskülönbségek kiegyenlítődni szeretnének. Illetve, szeretnének a fenéket, nincs akaratuk, csupán az anyagi világ törvényeinek megfelelően működnek.

A töltési állapotok közötti különbségek számszerűen is megadhatók és mérhetők. Ezt a mennyiséget nevezzük potenciálkülönbségnek – más szóval: feszültségnek.

A feszültség tehát különbség – a tér két pontja közötti jellemző. A különbség pedig nem eshet. Sőt, a különbségnek különbsége sincs, tehát olyan sincs, hogyaszongya, feszültségkülönbség. A különbség a tér két pontja között van, csökkenhet vagy nőhet, netán meg is szűnik. De nem esik.

A feszültség – ismétlem – térjellemző, nem az elektron jellemzője.

Minél nagyobb a töltéskülönbség, annál nagyobb a feszültség, annál nagyobb a kiegyenlítést lehetővé tevő erő. Az erő segítségével pedig munkát végezhetünk. Ehhez meg kell teremteni a munkavégzés feltételét, vagyis olyan eszközt kell a tér két pontja közé tenni, amelyen keresztül az ellentétes töltésű töltéshordozók egymás hoz tudnak menni, kiegyenlítvén a töltéskülönbséget. Ez az eszköz a vezető. A töltéskülönbség kiegyenlítődési folyamatát, áramlását elektromos áramnak nevezzük. Az áram a két pont között addig folyik, amíg a két pont között feszültség van.

A feszültség tehát annak felel meg, amikor megkívánjuk egymást, az áram pedig…

A feszültség mértékegysége az SI rendszerben a volt, rövidítése V, a jele pedig U. Ez a jel a német „Unterschied” kifejezésből származik, ám az angolszász nyelvterületeken, amelyeken valami csacsi nacionalizmusból kerülik a német eredetű dolgokat, V-vel jelölik a feszültséget. Olyan hely is van, ahol E-vel. Hogy örülj.

De mekkora töltéskülönbség 1 volt? A töltés mértékegysége – mint már volt róla szó – a coulomb. A munkáé, energiáé pedig a joule. A feszültség mértékegysége azt mutatja meg, hogy 1 coulomb töltésmennyiségen éppen 1 joule munkát végez az elektromos tér, miközben az 1 coulombnyi töltés elmozdul, hogy a feszültség csökkenjen.

Az áramerősség mértékegysége az amper, rövidítése A, jele I.

Minden vezetőnek van ellenállása. Minél nagyobb az ellenállás, annál rosszabbul vezet a vezető.

A feszültség, az áramerősség és az ellenállás közötti összefüggést az az Ohm nevű pasi állapította meg, aki a vezetők ellenállásának tényezőit is fölfedezte. Az ohm-törvény szerint ha nő a feszültség, nő az áramerősség. Ha az ellenállás csökken, akkor könnyebben folyik az áram, több áram tud átfolyni az ellenálláson – miként autóból is több tud átmenni, ha szélesebb az út.

Az ohm-törvény képletszerűen így néz ki:

Lehet ezt a képletet rendezgetni, attól függően, hogy melyik két mennyiség ismert, sőt, gyengébbek kedvéért még egy háromszöget is csináltak.

A cucc úgy működik, hogy megnézed, mire vagy kíváncsi, és ha a másik két mennyiség egymás mellett van, össze kell szorozni őket, ha meg egymás alatt, akkor el kell osztani.
Az ohm-törvényre is van játék.

https://phet.colorado.edu/en/simulation/ohms-law

A háromszögre kattintva indítsd el az alkalmazást!

Ha a baloldali tolattyút fölfelé mozgatod, a piros I betű, vagyis az áramerőség nőni fog, ha a jobb oldalit, akkor csökkenni.

Másképpen ezt úgy mondjuk, hogy a feszültség egyenesen arányos az áramerősséggel, viszont fordítva arányos az ellenállással.

Ahhoz, hogy a villamosságot munkára foghassuk, kell valami, ami folyamatosan vagy tetszésünk szerinti időtartamban szétválasztja a töltéseket, feszültséget állít elő. Ezt az eszközt feszültségforrásnak vagy feszültséggenerátornak nevezik. Azt a vezetőt, ellenállást, amin az elektromosság munkát végez, fogyasztónak vagy terhelésnek hívjuk. Amikor a feszültségforrásra rákapcsoljuk a fogyasztót, áramkört hozunk létre. Még pontosabban: zárt áramkört.

Az áramkör részeit – függetlenül attól, hogy ezek a részek a valóságban hogyan néznek ki – áramköri rajzjelekkel ábrázoljuk. Olyan ez, mint a punci: lyuk, lyuk, csak a keret más. Az áramkör rajzjelekkel való ábrázolásának kapcsolási rajz a neve.

A feszültséggenerátor rajzjele így néz ki:

A rajzon levő két pöttyöcske a generátor csatlakozásait jelöli. A kör maga a generátor, a benne levő függőleges vonal pedig arra utal, hogy a generátoron akadálytalanul halad át az áram, vagyis az áram szempontjából a generátor nem jelent ellenállást. Ilyen generátor a valóságban nem létezik, a valódi ferszültséggenerátor mindig szembeszegül egy kicsit – vagy jobban – az árammal. Azt mondjuk, hogy minden feszültségforrásnak van belső ellenállása.

Az ideális – tehát 0 belső ellenállású – generátor mindig ugyanakkora feszültséget ad, függetlenül attól, hogy a reá kapcsolt terhelésnek mekkora az ellenállása. Ezt a feszültséget forrásfeszültségnek hívjuk.

A forrásfeszültséget az előző ábrán egy kis nullával jelöltük. Van azonban a rajzon még kétféle jel. Az egyik fajta megmutatja, hogy melyik a generátor negatív, tehát elektrontöbbletet, és melyik a pozitív, tehát elektronhiányt jelző pólusa.

A másik jelölés egy nyíl. Ez mutatja a… Na nézzük csak, mit is mutat? Egyrészt azt, hogy feszültségről van szó, ugyanis a lezáratlan nyílcsúcs a feszültség jelzése. Másrészt azt mutatja, hogy a töltés nagyobb a pozitív póluson, mint a negatívon. Na, most lehet elzsibbadni! Ugyanis eddig pont az ellenkezőjéről rizsáltam neked. Valójában arról az ellentmondásról van szó, hogy az emberiség jóval előbb fedezte föl az áram hatásait – például azt, hogy az áram ráz, sőt, ha beléd csap a villám, megpusztulsz -, mint az elektront. Ezért a töltéskülönbségeket éppen fordított előjellel képzelték el, mint ahogy azok a valóságban vannak. A gyakorlatban nem nagyon zavaró ez, végül is, amúgy sem látjuk, merre folyik az áram.

Ha azt akarjuk megmutatni, hogy az áramkörben áram folyik, annak is van jele: egy nyíl, amelynek a csúcsa le van zárva, és a csúcs belül üres.

A fenti ábrán nemcsak azt láthatod, hogy az áram a generátor pozitív pólusától a terhelésen keresztül a generátor negatív pólusa felé folyik – holott a valódi áramirány ennek ellentéte –, hanem a fogyasztó vagy a terhelés rajzjelét is, ami egy téglalap.

A generátor tehát valamilyen más – kémiai, hő, mechanikai – energiából erőt merítve állandóan szétválasztja a töltéseket,elektromos teret hoz létre és tart fent, a fogyasztó pedig az elektromos tér segítségével ismét valamilyen más energiává alakítja a töltések mozgását.

Megint játékra hívlak!

Ha eléggé el nem ítélhető módon még mindig nincs a gépeden Java, innen töltsd le, telepítsed, majd futtasd!

https://www.java.com/en/download/

Ezt követően bökj erre az oldalra:

https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/circuit-construction-kit-dc

A TRANSLATIONS menüből válaszd ki a magyart, nyomd meg a háromszöget tartalmazó gombot, és a Java segítségével indítsd el!

Ezt kell látnod:

Kapcsolj át „haladó” nézetbe, és építsd föl az alábbi áramkört! Az izzó ellenállásának értékét – s ezzel az izzó fényerejét – úgy változtathatod, hogy az izzóra jobb gombbal kattintva előhívod a megfelelő menüpontot.

Jó szórakozást!

Vagy inkább így?