Pr

ą

d elektryczny

Pr

ą

d elektryczny to uporz

ą

dkowany ruch ładunków elektrycznych.

No

ś

nikami tych ładunków mog

ą

by

ć

elektrony lub jony. W obwodach elek-

trycznych, w których no

ś

nikami ładunków s

ą

elektrony, przyjmuje si

ę

umowny kierunek przepływu pr

ą

du, od + do -.

Warunkiem uporz

ą

dkowanego ruchu ładunków elektrycznych jest istnienie

pola elektrycznego. Takie pole wyst

ę

puje mi

ę

dzy biegunami

ź

ródła napi

ę

-

cia.

Ź

ródłami napi

ę

cia s

ą

np.:

akumulatory,
ogniwa galwaniczne,
pr

ą

dnice.

Napi

ę

cie U [V]

Napi

ę

cie mi

ę

dzy dwoma punktami obwodu jest równe pracy potrzebnej do

przeniesienia jednostkowego ładunku mi

ę

dzy tymi punktami:

Jednostk

ą

napi

ę

cia jest wolt (1V).

Napi

ę

cie mo

ż

na wyrazi

ć

jako ró

ż

nic

ę

potencjałów mi

ę

dzy dwoma punktami

obwodu: U = V

2

− V

1

.

Napi

ę

cie mi

ę

dzy dwoma punktami obwodu mierzymy woltomierzem, który

wł

ą

czamy mi

ę

dzy te punkty równolegle.

Nat

ęż

enie pr

ą

du

Nat

ęż

enie pr

ą

du wyra

ż

a szybko

ść

przepływu ładunku przez poprzeczny

przekrój przewodnika.

Nat

ęż

enie pr

ą

du to stosunek ładunku q przepływaj

ą

cego przez poprzecz-

ny przekrój przewodnika w czasie

∆

t do tego czasu, w jakim ten ładunek

przepłyn

ą

ł:

Jednostk

ą

nat

ęż

enia jest amper [1A].

Nat

ęż

enie wynosi 1 amper (1A), je

ś

li w czasie 1s przez poprzeczny prze-

krój przewodnika przepłynie ładunek 1 kulomba (1C).

Nat

ęż

enie mierzymy za pomoc

ą

amperomierza, który wł

ą

czamy do obwo-

du szeregowo.

Prawo Ohma
W stałej temperaturze stosunek napi

ę

cia na danym odcinku przewodnika

do nat

ęż

enia pr

ą

du, jaki w tym odcinku płynie jest wielko

ś

ci

ą

stał

ą

, charak-

teryzuj

ą

c

ą

ten przewodniki równ

ą

jego oporowi.

co mo

ż

na zapisa

ć

w postaci:

Opór elektryczny oznaczamy liter

ą

R, jednostk

ą

oporu jest om [

Ω

].

Wykres zale

ż

no

ś

ci nat

ęż

enia pr

ą

du od napi

ę

cia.

q

Pierwsze prawo Kirchhoffa
Suma nat

ęż

e

ń

pr

ą

dów wpływaj

ą

cych do w

ę

zła jest równa sumie nat

ęż

e

ń

pr

ą

dów wypływaj

ą

cych z w

ę

zła:

I

1

+ I

2

+ I

3

+ ... + I

n

= I'

1

+ I'

2

+ I'

3

+ ... + I'

m

Opór przewodnika zale

ż

y od jego długo

ś

ci (im dłu

ż

szy przewodnik, tym

opór wi

ę

kszy), pola przekroju poprzecznego (wi

ę

ksze pole – mniejszy

opór) oraz od rodzaju materiału, z którego wykonany jest przewodnik. War-
to

ść

oporu mo

ż

na obliczy

ć

ze wzoru:

gdzie:

ρ

jest oporem wła

ś

ciwym, jego warto

ść

zale

ż

y od rodzaju materia-

łu, l – długo

ść

przewodnika, S – pole przekroju poprzecznego.

Jednostk

ą

oporu wła

ś

ciwego jest

lub [

Ωּ

m]

Szeregowo i równolegle ł

ą

czenie oporników

Poł

ą

czenie szeregowe

Oporniki R1, R2 poł

ą

czone szeregowo

Przy poł

ą

czeniu szeregowym, opór zast

ę

pczy układu jest równy sumie

oporów wszystkich oporników tworz

ą

cych układ.

R

x

= R

1

+ R

2

+…+ R

n

Przy szeregowym ł

ą

czeniu oporów:

Napi

ę

cie na układzie oporników jest równe sumie napi

ęć

na ka

ż

dym

z nich. U = U

1

+ U

2

Nat

ęż

enie pr

ą

du płyn

ą

cego przez ka

ż

dy z oporników jest stałe (I).

Poł

ą

czenie równoległe

Oporniki R1, R2 poł

ą

czone równolegle

Przy poł

ą

czeniu równoległym odwrotno

ść

oporu zast

ę

pczego układu opor-

ników jest równa sumie odwrotno

ś

ci oporów wszystkich oporników tworz

ą

-

cych układ.

Przy równoległym ł

ą

czeniu oporów:

•

Napi

ę

cie na układzie oporników jest równe napi

ę

ciu na ka

ż

dym z nich.

•

Nat

ęż

enie pr

ą

du płyn

ą

cego w głównej gał

ę

zi jest sum

ą

nat

ęż

e

ń

pr

ą

dów

płyn

ą

cych przez ka

ż

dy z oporników.

I = I

1

+ I

2

Praca i moc pr

ą

du elektrycznego

Praca pr

ą

du elektrycznego o nat

ęż

eniu I płyn

ą

cego w czasie t przez ele-

ment obwodu, na którego ko

ń

cach ró

ż

nica potencjałów jest równa U,

okre

ś

lona jest wzorem:

Zatem

praca

wykonana

przez

pr

ą

d płyn

ą

cy w przewodniku jest proporcjonalna do iloczynu napi

ę

cia, na-

t

ęż

enia pr

ą

du i czasu.

W przypadku przewodników spełniaj

ą

cych prawo Ohma praca pr

ą

du:

jest proporcjonalna do kwadratu nat

ęż

enia pr

ą

du, oporu przewodnika i

czasu

Moc pr

ą

du elektrycznego o nat

ęż

eniu I płyn

ą

cego przez element obwodu,

na którego ko

ń

cach ró

ż

nica potencjałów jest równa U, obliczamy ze wzoru:

Jednostk

ą

mocy jest wat (W).

Jednostki pochodne wi

ę

ksze to:

1 kilowat (kW) = 1000 W
1 Megawat (MW) = 1 000 000 W

1 kilowatogodzina
1 kilowatogodzina odpowiada ilo

ś

ci energii elektrycznej, któr

ą

zu

ż

ywa

urz

ą

dzenie o mocy 1 kW w ci

ą

gu godziny.

Sprawno

ść

urz

ą

dzenia

Sprawno

ść

urz

ą

dzenia okre

ś

la, jaka cz

ęść

wło

ż

onej energii jest wykorzy-

stana w praktyce (zamieniona na prac

ę

/energi

ę

u

ż

yteczn

ą

).

Wu - oznacza energi

ę

wykorzystan

ą

(prac

ę

u

ż

yteczn

ą

),

W - energi

ę

(prac

ę

) wło

ż

on

ą

.