Napięcie, rezystancja, prąd i moc to główne wielkości elektryczne

W elektrotechnice nie ma sensu po prostu mówić „elektryczność”. Tutaj zawsze należy sprecyzować, co dokładnie jest omawiane. Możemy rozumieć ładunek elektryczny kondensatora, napięcie w gniazdku, prąd przepływający przez przewody lub na przykład moc, którą licznik elektryczny w naszym mieszkaniu uzwoił w ciągu miesiąca.

W każdym razie nie ma takiej ilości jak energia elektryczna, jest ilość „ilość energii elektrycznej”, właściwie zwana ładunkiem elektrycznym, mierzona w wisiorkach. Jest to ładunek elektryczny - porusza się wzdłuż przewodów, gromadzi się na płytkach kondensatora, jest okresowo obecny na zaciskach (minimum - na przewodzie fazowym) gniazda, porusza się w postaci prądu, gdy sieć elektryczna wykonuje pracę. Główne wielkości elektryczne są w jakiś sposób związane z ładunkiem. Porozmawiamy dziś o tych wartościach.

Napięcie

Napięcie U jest mierzone między dwoma punktami w obwodzie. Aby stabilne napięcie przemienne lub stałe zaczynało występować w obwodzie zamkniętym, potrzebne jest źródło prądu, które może zapewnić utrzymanie tego napięcia na końcach obwodu. Źródło to będzie służyć jako źródło siły elektromotorycznej - siły elektromotorycznej, która podobnie jak napięcie jest mierzona w woltach.

Jeśli takie źródło jest podłączone do obwodu zamkniętego, to po pierwsze napięcie będzie występować między zaciskami źródła, to znaczy na końcach obwodu, a po drugie na końcach wszystkich sekcji tego obwodu, jeśli zostanie ono warunkowo podzielone na części.

W każdym momencie napięcie elektryczne działające na określoną sekcję obwodu może mieć inną wartość niż w poprzednim momencie, jeśli obwód jest zasilany przez zmienne źródło emf lub taką samą wartość, jeśli jest stałym źródłem emf, a obwód odpowiednio jest obwodem prądu stałego.

Napięcie na końcach obwodu prądu stałego jest podobne do różnicy wysokości po stronie góry, a ładunek w tych warunkach jest jak woda podniesiona do wysokości, tylko w odniesieniu do pola elektrycznego różnica ta nazywana jest różnicą potencjałów (elektrycznych), ponieważ nie mówi się o polu grawitacyjnym.

Różnica potencjałów między dwoma punktami wynosi 1 wolt, jeśli aby przenieść ładunek 1 wisiorka z jednego punktu do drugiego, prace nad nim muszą być wykonane w ilości 1 dżula. Wolt jest również równy napięciu elektrycznemu powodującemu prąd stały o wartości 1 ampera w obwodzie elektrycznym o mocy 1 wata, ale więcej o tym później.

Prąd

Kiedy napięcie elektryczne jest obecne na końcach odcinka obwodu (przewodnika), to znaczy, gdy występuje różnica potencjałów elektrycznych, oznacza to, że pole elektryczne działa w przewodniku (wzdłuż długości rozpatrywanego odcinka). Pole elektryczne działa silnie na naładowane cząstki.

Na przykład w metalach wolne elektrony są nośnikami ładunku ujemnego i mogą wprawić się w ruch translacyjny, jeśli nagle znajdą się w zewnętrznym polu elektrycznym, którego źródłem jest w tym przypadku źródło emf. Kiedy elektrony poruszają się pod wpływem pola elektrycznego, stają się ładunkiem ruchomym, to znaczy prądem elektrycznym I.

Ilość ładunku mierzy się w kulombach, a prąd charakteryzuje prędkość ruchu ładunku przez przekrój przewodu (na jednostkę czasu). Kiedy ładunek elektryczny jednego wisiorka przepływa przez przekrój przewodu w ciągu jednej sekundy, prąd w przewodniku wynosi 1 amper. Analogicznie do wody - im więcej wody przepływa przez odcinek rury na sekundę - tym większy jest prąd.

Odporność

Pod wpływem napięcia elektrycznego ładunek przemieszcza się przez przekrój przewodu, tworząc prąd, ale nie porusza się bez przeszkód. Ponieważ zaczęliśmy rozważać metalowy przewodnik, będziemy kontynuować z nim.

Elektrony w przewodniku poruszającym się pod wpływem pola elektrycznego wpadają na przeszkody wewnątrz przewodnika - atomy sieci krystalicznej, a także siebie nawzajem, z powodu chaotycznego komponentu (termicznego) ruchu elektronów i wibracji atomowych.

Przeszkody te zapewniają pewien opór, spowalniają elektrony, zmniejszają prąd w porównaniu do tego, ile mógłby on wytworzyć, gdyby nie było takich przeszkód. Ale ten rodzaj rezystancji R w rzeczywistych przewodnikach (obwodach) jest zawsze obecny.

Ta wartość nazywa się opornością elektryczną w elektrotechnice. Rezystancja elektryczna jest mierzona w omach. Jeden om jest równy oporności elektrycznej odcinka obwodu elektrycznego, między którego końcami płynie prąd stały o wartości 1 ampera o napięciu 1 wolta na końcach.

Im większy opór charakteryzujący dany przewodnik, tym mniejszy prąd będzie na tym samym napięciu na końcach tego przewodnika. Zależność ta nazywa się prawem Ohma dla odcinka obwodu elektrycznego: wielkość prądu w odcinku obwodu jest wprost proporcjonalna do napięcia na końcach tego odcinka i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji elektrycznej danego odcinka obwodu.

Moc

Mówiąc o obwodzie elektrycznym, napięciu, rezystancji i prądzie, nie można zakończyć tematu podstawowych wielkości elektrycznych opowieścią o mocy elektrycznej P. Gdy prąd zostanie ustalony i nadal płynie w obwodzie pod wpływem napięcia, źródło emf wykonuje pracę A w obwodzie.

W rzeczywistości praca jest wykonywana przez pole elektryczne na ładunku elektrycznym, który porusza się w tym polu. Ilość idealnej pracy zależy od różnicy potencjałów, którą pokonał ładunek i od wielkości tego ładunku. Im szybsza praca została wykonana, tym większa jest moc procesu.

W przypadku prądu zwykle mówimy o mocy źródła, które wykonało pracę, a także o mocy konsumenta (obwód). Energia elektryczna zużywana na użyteczną pracę jest mierzona w watach. Dla każdego rodzaju energii, nie tylko elektrycznej, 1 wat jest definiowany jako moc, przy której 1 dżula pracy jest wykonywana w ciągu 1 sekundy.