PRĄD ELEKTRYCZNY

PRĄD ELEKTRYCZNY I JEGO RODZAJE

Prądem

elektrycznym nazywa

się

zjawisko

uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez
przekrój rozpatrywanego środowiska (np. przewodnika)
pod wpływem działającego pola elektrycznego.

Natężenie

prądu

elektrycznego

to

stosunek

elementarnego ładunku elektrycznego



q niesionego przez

cząstki naładowane w przeciągu czasu



t przez dany

przekrój przewodnika do tego czasu.

i =

dt

dq

t

q

lim

0

t











i =

t

q





Jeżeli stosunek ten jest stały to taki prąd elektryczny

nosi nazwę prądu stałego i oznaczony jest dużą literą I.

Zależność przyjmuje następującą postać:

I =

t

Q

Jednostką natężenia prądu elektrycznego w układzie SI

jest 1 amper (1A). Należy ona do jednostek podstawowych
tego układu.

W większości przypadków mamy jednak do czynienia z

prądami zmiennymi dla których iloraz ten nie posiada
wartości stałej. Prąd taki na przestrzeni czasu posiada różne
wartości chwilowe, które oznaczane są małą literą i.

Przebiegi prądów: stałego (a) i zmiennego (b)

Klasyfikacja prądów

Przykładowe przebiegi prądów: okresowego (a);

nieokresowego (b); pulsującego (c); przemiennego (d);

sinusoidalnego (e); niesinusoidalnego - od

kształconego (f)

GĘSTOŚCI PRĄDU J

Gęstość prądu to stosunek natężenia prądu

płynącego przez przewodnik do jego poprzecznego
przekroju :

J =

S

I

Jednostką jest 1 amper na metr kwadratowy













2

m

A

1

lub

częściej 1 amper na milimetr kwadratowy













2

mm

A

1

.

PRAW

O OHMA I OPÓR MATERIAŁÓW

Gęstość prądu płynącego przez taki przewodnik

zależy proporcjonalnie od wartości wektora natężenia
pola elektrycznego wewnątrz przewodnika.

J =





E

gdzie:



jest współczynnikiem proporcjonalności.

Współczynnik ten nazywany jest konduktywnością lub

przewodnością właściwą materiału przewodnika. Jednostką
konduktywności jest 1













Ωm

1

przy czym częściej stosuje się

jednostkę 1













m

S



10

6

= 1















2

mm

Ω

m

.

Odwrotność tej wielkości jest bardzo często spotykana

jako wielkość charakteryzująca własności materiału
przewodzącego i nosi ona nazwę oporu właściwego lub
rezystywności. Oznacza się ją za pomocą greckiej litery



:



=



1

Jednostką tej wielkości w układzie SI jest 1 omometr.

Ze względu na fakt, iż stosowane w elektrotechnice
przewody odznaczają się z reguły małym przekrojem a
dużą długością częściej stosuje się inną jednostkę:















m

mm

Ω

1

2

.

Przykładowe wartości oporu właściwego oraz

konduktywności dla różnych materiałów:

Materiał

Rezystywność



Konduktywność





m



mm

2

/m

S/m

m/(



mm

2

)

Srebro

1,62



10

-8

0,0162

62,5



10

6

62,5

Miedź przewodowa

1,75



10

-8

0,0175

57



10

6

57

Aluminium

2,83



10

-8

0,0283

35,3



10

6

35,3

Cynk

6,3



10

-8

0,063

15,9



10

6

15,9

Platyna

11,1



10

-8

0,111

9



10

6

9

Konstantan

48



10

-8

0,48

2,1



10

6

2,1

Chromonikielina

110



10

-8

1,10

0,91



10

6

0,91

PRAWO OHMA

U = R



I

Jednostką rezystancji jest 1 om (1



).

R =

S

l





=

S

l





Rezystancja

przewodnika

zależy

wprost

proporcjonalnie od jego długości i oporu właściwego
oraz odwrotnie proporcjonalnie od przekroju.

Odwrotność rezystancji przewodnika nosi nazwę

konduktancji lub przewodności elektrycznej.

Oznaczana jest przez G:

G =

R

1

Jej jednostką jest 1 simens (1S).

Zmianę rezystancji w funkcji temperatury określa tzw.

temperaturowy współczynnik oporu



, mówiący o tym o ile

wzrośnie rezystancja danego materiału przy wzroście
temperatury o

1 K. Rezystancję w podwyższonej

temperaturze przedstawia wzór:

R

T

= R

0

[1 +



(T – T

0

)] ; T

0

= 293 K

Fakt zmiany rezystancji różnych materiałów przy zmianie temperatury

wykorzystany został w praktyce do produkcji termistorów.

Przykładowe wartości współczynnika temperaturowego rezystancji:

Nazwa materiału:

Współczynnik temperaturowy

rezystancji

1/K

Srebro

0,0041

Miedź przewodowa

0,004

Aluminium

0,0041

Cynk

0,0039

Konstantan

0,00002

Chromonikielina

0,00014

Węgiel bezpostaciowy

0,0003

ENERGIA I MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO

Wzór na energia:

W = U



Q = U



I



t

Jednostką energii jest dżul (1J).
Jeżeli do powyższego wzoru podstawimy wzór

wyrażający prawo Ohma, to uzyskamy równanie opisujące
prawo Joule’a – Lenza:

W = R I

2

t

Stosunek energii prądu elektrycznego do czasu nazywa

się mocą elektryczną P

P =

t

W

= U



I

Jednostką mocy w układzie SI jest 1 wat (1 W). Stosuje

się także jej wielokrotności: kilowat (1 kW) i megawat
(1 MW).

Moc pobierana przez dany odbiornik może być

obliczona również za pomocą innego wzoru:

P = R I

2

lub

P =

R

U

2

a)

b)

Charakterystyki napięciowo – prądowe rezystorów: liniowego

(a) i nieliniowego (b)

Ilustracja definicji rezystancji statycznej i dynamicznej

rezystora nieliniowego

Rezystancją statyczną rezystora nieliniowego nazywa

się stosunek napięcia do prądu dla kolejnych wartości prądu

R

s

=

1

1

I

U

= mtg



Rezystancja

dynamiczna

rezystora

nieliniowego

obliczana jest jako stosunek przyrostu napięcia (przy
przechodzeniu od punktu 1 do 2 charakterystyki) do
przyrostu prądu:

R

d

=

I

U





= mtg

