Elektromos áram alapok – Arduino, LED és ventilátor példákkal¶

1. Mi az elektromos áram?¶

Az elektromos áram rendezett elektronáramlás egy vezetőben (pl. rézvezetékben).

Jele: \(I\)
Mértékegysége: amper (\(\text{A}\))

Ha áram folyik egy vezetékben, azt úgy képzelhetjük el, mintha víz folyna egy csőben:

A víz mennyisége időegység alatt ↔ áramerősség (\(I\))

Definíció (egyszerűen)

Minél nagyobb az áramerősség, annál több elektron halad át a vezető adott keresztmetszetén 1 másodperc alatt.

2. Feszültség (U)¶

A feszültség azt mutatja meg, mekkora „hajtóerő” kényszeríti az elektronokat mozgásra a vezetőben.

Jele: \(U\)
Mértékegysége: volt (\(\text{V}\))

Vízcsöves hasonlat:

A feszültség olyan, mint a nyomáskülönbség a cső két vége között.
Nagyobb feszültség → jobban „tolja” az elektronokat.

Példa:

Egy Arduino 5 V-os tápfeszültséget ad a 5V lábon.
Egy elem: pl. 1,5 V (ceruzaelem)

3. Ellenállás (R) és Ohm törvénye¶

Az ellenállás azt mutatja meg, hogy az adott alkatrész mennyire „akadályozza” az áram folyását.

Jele: \(R\)
Mértékegysége: ohm (\(\Omega\) – ómega)

Ohm törvénye¶

A három mennyiség (feszültség, áramerősség, ellenállás) kapcsolata:

\[ U = R \cdot I \]

Ebből átalakítva:

\[I = \dfrac{U}{R}\]

\[R = \dfrac{U}{I}\]

4. Elektromos teljesítmény (P)¶

A teljesítmény azt mutatja, hogy egy eszköz egységnyi idő alatt mennyi energiát alakít át (pl. fény, hő, mozgás).

Jele: \(P\)
Mértékegysége: watt (\(\text{W}\))

Összefüggés:

\[ P = U \cdot I \]

Ha ismerjük az áramot és az ellenállást:

\[ P = I^2 \cdot R \]

Ha a feszültséget és az ellenállást:

\[ P = \dfrac{U^2}{R} \]

5. Gyakran használt jelölések és mértékegységek¶

Fogalom	Jel	Alap mértékegység	Gyakori előtagok
Feszültség	\(U\)	volt (V)	mV (millivolt), kV (kilovolt)
Áramerősség	\(I\)	amper (A)	mA (milliamper) – \(1\ \text{A} = 1000\ \text{mA}\)
Ellenállás	\(R\)	ohm (\(\Omega\))	kΩ, MΩ
Teljesítmény	\(P\)	watt (W)	mW, kW

Fontos:

Arduino projekteknél nagyon gyakran mA-ben gondolkodunk, pl. \(10\ \text{mA}\), \(20\ \text{mA}\).

6. Példa 1 – LED bekötése Arduinóra (soros ellenállással)¶

Egy tipikus LED:

Előfeszítési feszültség: kb. \(U_\text{LED} \approx 2\ \text{V}\) (piros LED esetén)
Névleges áram: \(I \approx 10\ \text{mA} = 0{,}01\ \text{A}\)

Arduino 5 V-os kimenetéről szeretnénk táplálni a LED-et.

A soros ellenálláson eső feszültség:

\[ U_R = U_\text{Arduino} - U_\text{LED} = 5\ \text{V} - 2\ \text{V} = 3\ \text{V} \]

Ohm törvényével a szükséges ellenállás:

\[ R = \dfrac{U_R}{I} = \dfrac{3\ \text{V}}{0{,}01\ \text{A}} = 300\ \Omega \]

Gyakorlatban a legközelebbi szabvány értéket választjuk, pl. \(330\ \Omega\).

Teljesítmény az ellenálláson¶

\[ P_R = U_R \cdot I = 3\ \text{V} \cdot 0{,}01\ \text{A} = 0{,}03\ \text{W} = 30\ \text{mW} \]

Ez nagyon kicsi, egy sima 0,25 W-os ellenállás bőven elég.

Arduino + LED példa bekötés (elvi)¶

Arduino DIGITAL 13 → soros ellenállás (\(\approx 330\ \Omega\)) → LED anód (+ láb)
LED katód (rövidebb láb) → GND

Egyszerű Arduino kód hozzá¶

const int LED_PIN = 13;

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // LED bekapcsol
  delay(500);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);  // LED kikapcsol
  delay(500);
}