Jednostki:

Napięcie elektryczne:

Jednostką napięcia elektrycznego jest 1 V (wolt)

Między dwoma punktami pola panuje napięcie 1V jeśli do przesunięcia między tymi punktami pola ładunku 1C potrzeba wykonać pracę 1J.

Natężenie przepływu prądu elektrycznego:

Jednostką natężenia przepływu prądu elektrycznego (w skrócie natężenia prądu) jest 1A (amper)

Przez przewodnik przepływa prąd o natężeniu 1A, jeśli w ciągu 1s (sekundy) przepływa przez jego przekrój poprzeczny ładunek 1C.

Opór elektryczny:

Jednostką oporu elektrycznego jest 1 Ω (om)

Praca prądu elektrycznego:

Jednostką podstawową pracy prądu elektrycznego, tak jak każdej pracy jest 1J (dżul), jednak używa się też:

1VAs – woltoamperosekunda = 1J = 1Ws - watosekunda

1 kWh – kilowatogodzina = 3600000 Ws = 3600000 J

Moc prądu:

Jednostką podstawową mocy prądu jest 1W (wat)

1W = 1V·1A

Znajomość definicji:

Prawo Ohma: spadek napięcia na końcach przewodnika jest proporcjonalny do natężenia prądu płynącego w tym przewodniku.

I prawo Kirchhoffa: suma natężeń prądów wpływających do węzła sieci elektrycznej jest równa sumie natężeń prądów wypływających z węzła.

II prawo Kirchhoffa: w zamkniętym obwodzie elektrycznym suma napięć na źródłach jest równa sumie spadków napięć na poszczególnych oporach.

Opór elektryczny: wielkość charakterystyczna dla każdego urządzenia elektrycznego, która wskazuje jak duże przeszkody napotyka prąd elektryczny w swoim przepływie przez to urządzenie.

Opór zastępczy: opornik, który wstawiony w obwód elektryczny w miejsce kilku innych oporników powoduje takie same skutki, jak oporniki które zastępuje.

Węzeł sieci elektrycznej: punkt w sieci elektrycznej, z którego wypływają lub do którego wpływają różne prądy.

Prąd stały: prąd elektryczny, w którym wartości napięcia, natężenia i kierunek przepływu prądu są stale takie same.

Prąd przemienny: prąd elektryczny, którego napięcie i natężenie stale zmieniają się w czasie.

Napięcie (natężenie) skuteczne: taka wartość napięcia (natężenia) prądu stałego, który przepływając przez obwód powoduje takie same skutki jak prąd przemienny rzeczywiście płynący w danym przewodniku.

Magnes trwały (stały): przedmiot wykonany z materiału ferromagnetycznego o stałych własnościach magnetycznych (przyciągający żelazo i jego stopy).

Solenoid: (inaczej: zwojnica, cewka indukcyjna) drucik zwinięty w kształt sprężynki.

Elektromagnes: solenoid z rdzeniem w środku, które wykazują własności magnetyczne tylko w trakcie przepływu prądu elektrycznego przez solenoid.

Pole magnetyczne: obszar działania sił pochodzenia magnetycznego.

Oddziaływania magnetyczne:

1. dwa magnesy skierowane do siebie biegunami jednoimiennymi – odpychają się

2. dwa magnesy skierowane do siebie biegunami różnoimiennymi – przyciągają się.

Igła magnetyczna: cienka blaszka stalowa o jednym punkcie podparcia swobodnie poruszająca się na osi. Igła magnetyczna zawsze ustawia się wzdłuż linii sił pola magnetycznego (w szczególności ziemskiego pola magnetycznego).

Line sił pola magnetycznego: linie wokół magnesów, lub elektromagnesów wzdłuż których ustawia się igła magnetyczna lub opiłki żelaza.

Ziemskie pole magnetyczne: pole magnetyczne otaczające Ziemię (pozwala wytyczać kierunki geograficzne, chroni nas przed promieniowaniem kosmicznym).

Bieguny magnetyczne: każdy, nawet najmniejszy magnes ma dwa bieguny magnetyczne. Nie istnieje pojedynczy biegun magnetyczny (monopol magnetyczny).

Reguła prawej dłoni: jeżeli odchylony kciuk prawej dłoni wskazuje kierunek przepływu prądu w przewodniku, to pozostałe zgięte palce wskażą kierunek i zwrot linii sił pola magnetycznego wokół tego przewodnika.

Reguła lewej dłoni: jeżeli lewą dłoń ustawimy tak, aby linie sił pola magnetycznego uderzały w wewnętrzna część dłoni, wszystkie wyprostowane palce poza kciukiem wskazywały kierunek przepływu prądu w przewodniku, to odchylony kciuk wskaże kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej, działającej na ten przewodnik.

Siła elektrodynamiczna: to siła z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem umieszczony w tym polu.

Indukcja elektromagnetyczna: zjawisko powstawania (indukowania się) prądu elektrycznego w przewodniku, który przecina linie sił pola magnetycznego.

Transformator: urządzenie służące do transformowania (zwiększania lub zmniejszania) napięcia prądu przemiennego.

Silnik elektryczny: urządzenie zamieniające energię elektryczną na mechaniczną. Podstawą działania każdego silnika jest zjawisko powstawania siły elektrodynamicznej.

Prądnica: urządzenie zamieniające energię mechaniczną na elektryczną. Podstawą działania prądnicy jest zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Budowa prądnicy (silnika):

- stojan

- wirnik

- komutator

- szczotki

Znajomość wzorów:

Prawo Ohma:

gdzie: U – spadek napięcia na końcach przewodnika

R – opór elektryczny

I – natężenie prądu płynącego przez przewodnik

Opór elektryczny:

gdzie: U – spadek napięcia na urządzeniu

R – opór elektryczny

I – natężenie prądu płynącego przez urządzenie

Praca prądu elektrycznego:

gdzie: W - moc

U – napięcie elektryczne

I – natężenie prądu

t – czas przepływu prądu przez przewodnik

Moc prądu:

gdzie: U – napięcie elektryczne

I – natężenie prądu

Często używamy też wzoru na moc: gdzie P – moc; W – praca; t – czas

Łączenie oporników:

Szeregowe:

gdzie: R_z – opór zastępczy

R₁, R₂ – poszczególne oporniki

Równoległe:

oznaczenia, jak wcześniej przy szeregowym łączeniu oporników

Transformator:

$$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{N_{1}}{N_{2}}$$

gdzie: U₁ – napięcie na uzwojeniu pierwotnym

U₂ – napięcie na uzwojeniu wtórnym

N₁ – ilość zwojów uzwojenia pierwotnego

N₂ – ilość zwojów uzwojenia wtórnego

Przekładnia transformatora:

$$\frac{N_{2}}{N_{1}}$$

gdzie: N₁ – ilość zwojów uzwojenia pierwotnego

N₂ – ilość zwojów uzwojenia wtórnego

Rozwiązywanie najprostszych zadań, wymagających podstawienia do wzoru bez konieczności przekształcania jednostek, np.:

Oblicz opór elektryczny elementu grzejnego grzejnika elektrycznego podłączonego do źródła napięcia 230V, przez który płynie prąd o natężeniu 10A.

Oblicz wartość pracy wykonanej przez silnik elektryczny, który podłączony do domowej sieci energetycznej(230V) pracował przez 5 minut przy przepływie przez niego prądu 4A.

Ile wyniesie moc urządzenia podłączonego do źródła napięcia 40V przy przepływie prądu o natężeniu 5A?

Oblicz tygodniowy koszt zużycia energii elektrycznej przez grzejnik o mocy 1,5kW pracujący prze 4 godziny dziennie. Cena 1kWh wynosi 0,50zł.

Oblicz opór zastępczy dwóch oporników o oporach 4Ω i 8Ω połączonych szeregowo.

Oblicz opór elektryczny dwóch oporników o oporach 10Ω i 5Ω połączonych równolegle.

Jakie będzie napięcie na wtórnym uzwojeniu transformatora o przekładni 7:1 jeśli pierwotne uzwojenie zasilane jest prądem przemiennym o napięciu 40V.

Oblicz przekładnię transformatora wiedząc że liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym wynosi 200, a na wtórnym 8000.

Dodatkowo:

Rysowanie linii sił pola magnetycznego wokół:

- przewodnika prostoliniowego

- magnesu sztabkowego

- magnesu podkowiastego

- solenoidu

Wyznaczanie wektora siły elektrodynamicznej działającej na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym.

Opisywanie działania prądnicy i silnika elektrycznego.

Przeliczanie jednostek – przykładowe:

20V = 0,02kV

1/5A = 200mA

3200W = 3,2kW

2kWh = 7200000J

400W = 0,4kW

340mV = 0,34V

2,5kΩ = 2500Ω

30mΩ= 0,03Ω

0,5kWh= 1,8MJ

20W = 0,02kW