Ha a tekercsre feszültségmérőt kötünk, a műszer mutatója kitér (digitális műszer esetében a számkijelző valamilyen feszültségértéket fog mutatni). Van erről egy videó is. Kicsit sokáig kell várni, ameddig Vivaldi muzsikája után elindul a lényeg. Félreértés ne essék, nem a tanító néni – vagy ahogy a klip végén nevezik, a kísérletgazda(!) – a lényeg a moziban, noha kétségtelenül szemrevaló teremtés, hanem a mozgási indukció. S persze, most is igaz, hogy szabatosan nem mágneses és elektromos mezőről, hanem térről beszélünk.

A kísérletből kiderül, hogy a tekercs kapcsain mérhető feszültség annál nagyobb, minél nagyobb a mágneses térerő, minél több menetből áll a tekercs, és minél gyorsabban dugunk. A dugástörvényt Faraday indukciós törvényének hívják, mert az összefüggéseket ő fedezte föl 1831-ben. Akkora fazon volt, hogy még bankjegyen is szerepel az orcája.

A törvény egyszerűsített alakja így néz ki képletben:

U=N*B*l*v, amelyben N a tekercs menetszáma, B a mágneses indukció, l a drót hossza, v a dugás sebessége.
Természetesen ehhez a törvényhez is készült játék.

https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_hu.html

A játék indítása előtt pipáld be az „Erővonalak” kockát! Dughatsz két, különböző menetszámú tekercset is, de egyszerre csak az egyiket, mert ugye, csak egy mágnesed van.

Mind a kísérletben, mind a játékban megfigyelhetted, hogy nyugalmi helyzetben a műszer mutatója a skála közepén áll. bedugáskor az egyik, kihúzáskor a másik irányba mozdul el. Ez azt jelenti, hogy az elektromos töltések töltöttségi jellege – elektrontöbblet vagy elektronhiány – felváltva oszlik meg a tekercs végein. Ennek megfelelően a feszültség hol negatív, hol pozitív. A tekercsben az áram hol az egyik, hol a másik irányba folyik. Az olyan áramot, amelynek iránya változik, váltóáramnak vagy váltakozó áramnak nevezik.

Ahhoz, hogy váltóáram keletkezzék, nem kell a mágnest a tekercsbe dugnunk, elegendő a petting, vagyis az, hogy a mágnes a tekercs előtt forogjon, hiszen ekkor is változik a tekercsben a mágneses erőtér. A változó mágneses tér változó elektromos teret, váltóáramot hoz létre.

A következő játékban vízerőművet készítünk. Persze, nem Bős-Nagymarosnál, csupán a képernyőn. Ehhez megint szükség lesz a Javára, és hogy lásd, milyen vagyok, ismét ideírom, honnan töltheted le, majd futtathatod.

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

Ha már fut a Javád, bökj ide:

https://phet.colorado.edu/hu/simulation/legacy/generator

A körben levő háromszöget nyomd meg, és indítsd el az alkalmazást!

Nyomd meg az utolsó fület, a „Generátor” feliratút! Pipáld be az összes kockát, majd nyisd meg a vízcsapot! A mágnes egyenletesen forogni kezd, annál nagyobb sebességgel, minél vastagabb a vízsugár. Ha már teljesen ki van nyitva a csap, talán nem is látható, hogy a műszer mutatója hogyan ugrándozik, mert olyan gyorsan kellene, amit nem tud követni. Úgy tűnik, mintha soha nem is indukálódna feszültség, pedig indukálódik, de az átlaga nulla.

Ha lenne olyan műszerünk, amelyikkel megnézhetnénk a feszültség időbeli változását, akkor... De hát van ilyen: úgy hívják, oszcilloszkóp. Találkoztunk is már vele a hangrezgések vizsgálatakor. Tehát, ha megnézzük a tekercs előtt állandó sebességgel forgó mágnes keltette feszültség időképét, ezt látjuk:

Kukucs, ez régi jó ismerősünk, a szinusz. Csak éppen nem hangrezgésről, hanem elektromos rezgésről, elektromos jelről van szó.

A szinuszos jelalakú áramnak és feszültségnek ugyanolyan paraméterei vannak, mint a hangrezgésnek. Az egyetlen periódus alatt lezajló rezgés időtartama például a periódusidő, amit most is nagy T betűvel jelölünk.

Ennek reciproka a frekvencia, vagyis az a mennyiség, amely az egy másodperc alatt lezajló rezgések számát adja meg. f=1/T. A mértékegysége most is a hertz, rövidítése Hz. Európában a hálózati feszültség alapfrekvenciája 50 Hz, az USA-ban 60 Hz.

A váltakozó feszültségnek is van maximális amplitúdója, ezt nevezzük csúcsfeszültségnek. Ha a legnagyobb eltérésre vagyunk kíváncsiak két egymást követő csúcs között, azt csúcstól-csúcsig feszültségnek hívjuk.

Van még egy fontos feszültség érték, ez az effektív feszültség. Az effektív feszültség és az effektív áram szorzata az effektív teljesítmény. Tudod, abból a képletből, hogy P=U*I. Az effektív teljesítmény az a teljesítmény, amely ugyanakkora, mintha egyenárammal számolnánk.

Na még egyszer! Képzeld el, hogy van egy villanyrezsód. Mondjuk, ilyen:

Tegyük föl, hogy egyenáramú hálózatra kapcsolod, megméred a hálózati feszültséget, és egy deci vizet forralsz föl, hőálló pohárban. Méred az időt, ami alatt a víz felforr.Azt is tegyük föl, hogy az egyenáramú hálózat feszültsége 230 volt.

Ezt követően váltóáramú hálózatra kapcsolod a cuccot, oszcilloszkópon vizslatod a csúcsfeszültség nagyságát, és addig szarozol a hálózati feszültség állítgatásával, ameddig ugyanannyi idő alatt fog felforrni a víz, mint amennyi idő alatt egyenfeszültségen forrt föl. Azt fogod tapasztalni, hogy a csúcsfeszültség értéke 325,26911934581186122438840656823 volt lesz. Ez kerekítve 325 volt. Persze, hülye lennél elvégezni a kísérletet, ám akik elvégezték, valóban azt tapasztalták, hogy a 325 volt feszültségű váltóáram termel annyi hőt, mint a 230 voltos egyenáram. Ki is lehet számolni ezt az értéket. Kizárólag szinuszos váltófeszültség esetén igaz az, hogy

A váltófeszültségnek is van fázisa, vagyis az az érték, amilyen helyzetben a feszültség, a jel is van. A kezdőfázis az az érték, ahol a rezgés indul.

A fázist a görög fi betűvel jelöljük.

Nemcsak szinuszos rezgés létezik a váltófeszültségek világában sem, hanem nagyon sokféle jelalak. Ám ezek mindegyikére érvényes, hogy – a zajok kivételével – szinuszos rezgésekre bonthatók. Az is igaz, hogy szinuszos rezgésekből más-más rezgéseket lehet összerakni.

Gyakran nem is az érdekel bennünket, hogy mekkora egy feszültség nagysága, hanem az, hogy egymáshoz képest milyen az arányuk. Két váltófeszültség arányát decibelben is kifejezhetjük:

A váltóáramú teljesítmény-arányokra egy hasonló, de másik képlet érvényes:

Nem véletlenül színeztem pirosra a feszültség arány képletét, ugyanis ezt használjuk gyakrabban a hangtechnikában.

A hangtechnika gyakorlati alkalmazásaiban – miként azt az akusztikában is láthattad – feszültségszinteket is meghatároztak. A feszültségszintek alapértékei mindig effektív feszültségre vonatkoznak!

Többfajta is van belőlük, mi kétfélét fogunk használni.

Az egyik fajta alapszintje, vonatkoztatási szintje 1 volt. Ezt a szintet dBV-vel jelöljük.

0 dBV = 1 volt. ( 1 volt effektív)

A másik, sokkal gyakoribb – legalábbis Európában – a dBu.

0 dBu = 0,775 mV. (775 mV effektív).

Ez annyira fontos érték, hogy egészen nagy, piros betűkkel is kiírom:

Van ám oka, hogy ez ennyi, ugyanis egykor, régen, telefonoknál 600 ohmos ellenállásokat használtak, és ha egy milliwatt teljesítménnyel akartak mérni, ahhoz pont 775 mV feszültség kellett.
Annak érdekében, hogy ne kelljen számolgatnod majd, a neten vannak automata számológépek.

http://www.sengpielaudio.com/calculator-db-volt.htm

Ez a számológép nemcsak feszültséget vált dBu-ra vagy dBV-re, hanem még az effektív feszültségértéket is megmutatja, amit rms-sel jelöl, sőt, a csúcsértéket is, amit p-p-vel jelez. Érdemes gyakorolnod a számolgatást, mert – mint korábban ígértem – szinte mindent dB-ben fogunk értelmezni.

A hangtechnika jelei a kb. -140 dBu … 30 dBu tartományba esnek.