R1Ohr4A5j2sv11

Zdjęcie przedstawia niecodzienną scenę. Noc, panorama Nowego Jorku z mostem brooklyńskim w centrum kadru. Daleko w tle światła Manhattanu, na pierwszym planie pomost z ławkami na przedłużeniu którego w oddali znajduje się centralna część mostu. Pierwsza ławka zajęta przez siedzącą na niej kobietę. Widoczne światła wielkiego miasta oraz oświetlenie mostu i latarnie przy kładce. Niebo pochmurne w kolorze fioletu, całe poprzecinane błyskawicami odległej burzy.

1. Natężenie prądu elektrycznego

R6TQLq4S4TbSg1

Uproszczony rysunek symbolizujący mikroskopowy obraz prądu elektrycznego

1. Prąd elektryczny – uporządkowany (ukierunkowany) ruch cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym, nazywanych nośnikami prądu. W metalach nośnikami prądu są elektrony.

2. Natężenie prądu – ilość ładunku przeniesiona przez poprzeczny przekrój przewodnika w ciągu jednej sekundy. Natężenie prądu obliczamy za pomocą wzoru:
   $I=\frac{q}{t}$
   gdzie:
   $I$ – natężenie prądu elektrycznego;
   $q$ – wartość ładunku, który przepłynął przez poprzeczny przekrój przewodnika;
   $t$ – czas, w którym ten ładunek przepłynął przez poprzeczny przekrój przewodnika.

3. Jednostką natężenia prądu w układzie SI jest amper (symbol A).
   W przewodniku płynie prąd o wartości 1 ampera (1 A), jeśli w ciągu jednej sekundy (1 s) przez przekrój tego przewodnika przepływa ładunek o wartości 1 kulomba (1 C):
   $1 \text{A}= \frac{1 \text{C}}{1 \text{s}}$

4. Natężenie prądu mierzy się amperomierzem lub miernikiem uniwersalnym ustawionym na tryb pracy amperomierza.

5. Amperomierz łączymy szeregowo z tym elementem obwodu, w którym chcemy zmierzyć natężenie prądu.

6. Prąd stały to prąd, który ma stałą wartość natężenia i niezmienny kierunek przepływu.

2. Napięcie elektryczne

RVgvWQxwWXT801

Symbol wysokiego napięcia elektrycznego

1. Napięcie elektryczne między dwoma punktami – czynnik wywołujący przepływ prądu. Wartość napięcia równa jest pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku jednostkowego między tymi punktami przewodnika.

2. Źródłami napięcia stałego są baterie (akumulatory), które zamieniają energię reakcji chemicznych w energię elektryczną (ładunki ujemne rozdzielane są od dodatnich w wyniku reakcji chemicznych).

3. Jednostką napięcia elektrycznego w układzie SI jest wolt (symbol V).

4. Napięcie między dwoma punktami obwodu wynosi 1 wolt (1 V), jeśli aby przemieścić między nimi ładunek 1 kulomba (1 C) trzeba wykonać pracę 1 dżula (1 J):
   $1 \text{V}= \frac{1 \text{J}}{1 \text{C}}$

5. Napięcie elektryczne mierzymy woltomierzem lub miernikiem uniwersalnym ustawionym na tryb pracy woltomierza.

6. Woltomierz łączymy równolegle z tym elementem obwodu, na końcach którego chcemy zmierzyć napięcie.

3. Prawo Ohma

R1ZnbANCdoz761

Rysunek ilustrujący w sposób zabawny ale poprawny merytorycznie treść prawa Ohma

1. Prawo Ohma:
   Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do końców przewodnika, co możemy zapisać wzorem:
   $I= \frac{U}{R}$
   lub
   $I=\frac{1 }{R}·U$, $$
   gdzie: $R$ – opór przewodnika.

2. Opór elektryczny jest wielkością charakterystyczną przewodnika; zależy od jego długości, grubości oraz rodzaju materiału, z którego został wykonany przewodnik.

3. Jednostką oporu elektrycznego w układzie SI jest om (symbol – Ω).

4. Przewodnik ma opór 1 oma (1 Ω), jeśli napięcie 1 wolta (1 V) wywoła w nim przepływ prądu o natężeniu 1 ampera (1 A):
   $1 \text{Ω}=\frac{1 \text{V}}{1 \text{A}}$

5. Wykresem zależności natężenia prądu ($I$) płynącego przez opornik ($R$) od napięcia ($U$) jest linia prosta. Kąt nachylenia prostej zależy od oporu $R$: im większy kąt nachylenia, tym mniejszy opór.

RezzEuxxWleVn1

Rysunek przedstawia jakościowe charakterystyki prądowo-napieciowe dwóch oporników omowych o oporach R1 i R2 , przy czym R1 < R2..

4. Obwody prądu elektrycznego

R121xEkBMd0pX1

Zdjęcie prostego obwodu elektrycznego

1. Obwodem elektrycznym nazywamy zestaw przewodników, źródeł napięcia, włączników, wyłączników, oporników i innych odbiorników energii elektrycznej (takich jak żarówka, silnik elektryczny, grzałka) połączonych w sposób umożliwiający przepływ prądu.

2. Z obwodów elektrycznych zbudowane jest każde urządzenie elektryczne lub elektroniczne (telewizor, komputer, lodówka, pralka), a także fragmenty układu nerwowego człowieka i innych organizmów żywych.

5. Schemat obwodu elektrycznego

RxERlOfRlad8B1

Rysunek schematu elektrycznego

Schemat obwodu elektrycznego – rysunek elementów obwodu przedstawionych za pomocą ustalonych symboli graficznych.
Oto wykaz symboli graficznych niektórych elementów obwodów elektrycznych:

R1A2r4VU4nhkE1

Elementy obwodu elektrycznego i ich symbole

6. Szeregowe łączenie oporników

Rp4o15eTTP3rZ1

Uproszczony schemat kilku oporników połączonych szeregowo

1. Przez wszystkie oporniki połączone szeregowo płynie prąd o takim samym natężeniu:
   $I_1=I_2=I_3=...=I$

2. Napięcie przyłożone do układu oporników połączonych szeregowo rozdziela się na poszczególne oporniki, a suma napięć na poszczególnych opornikach równa jest napięciu całkowitemu:
   $U_1+U_2+U_3+...+U_n=U$

3. Opór całkowity (zastępczy) oporników połączonych szeregowo jest sumą oporów poszczególnych oporników:
   ${R_{\text{szer}\text{.}}=R}_1+R_2+R_3+...+R_n$

4. Uszkodzenie jednego z odbiorników połączonych szeregowo sprawia, że przepływ prądu jest niemożliwy także w pozostałych odbiornikach.

7. Równoległe łączenie oporników

R19FmTAVIwfTM1

Uproszczony schemat kilku oporników połączonych równolegle

1. Natężenie prądu płynącego przez układ oporników połączonych równolegle jest sumą natężeń prądów płynących przez poszczególne oporniki:
   $I=I_1+I_2+I_3+...+I_n$

2. Napięcie przyłożone do układu oporników połączonych równolegle i napięcie na każdym z nich mają taką samą wartość:
   $U_1=U_2=U_3=...=U$

3. Aby obliczyć odwrotność oporu całkowitego (zastępczego) w połączeniu równoległym, trzeba dodać do siebie odwrotności oporów poszczególnych odbiorników:
   $\frac{1}{R_{\text{równ}.}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+\dots$

4. Uszkodzenie jednego z odbiorników połączonych równolegle nie zakłóca przepływu prądu w pozostałych odbiornikach. Właśnie dlatego odbiorniki energii elektrycznej w instalacji domowej połączone są równolegle.

8. Moc prądu elektrycznego

R1dkgZAaPOq8Z1

Zdjęcie urządzenia elektrycznego wraz z napisem informującym o jego mocy

1. Moc prądu elektrycznego ($P$) – ilość energii elektrycznej ($W$) przekazanej elementowi obwodu elektrycznego w jednostce czasu ($t$):
   $P=\frac{W}{t}$

2. Moc prądu elektrycznego równa jest iloczynowi napięcia elektrycznego ($U$) i natężenia prądu elektrycznego ($I$) wywołanego tym napięciem:
   $P=U·I$.
   Jeśli uwzględnimy prawo Ohma $(\frac{U}{I}=R)$, $P=\frac{U^2}{R}$ lub $P=I^2·R$.

3. Napis „2000 W, 230 V” na urządzeniu elektrycznym oznacza, że jeśli podłączymy je do napięcia 230 woltów, to prąd płynący w tym urządzeniu spowoduje wydzielenie mocy 2000 watów.

9. Praca prądu elektrycznego

R1cTsDq1XIEs91

Zdjęcie fragmentu licznika energii elektrycznej

1. Prąd płynący przez urządzenie elektryczne czerpie energię ze źródła napięcia (baterii, akumulatora, elektrowni). Kosztem tej energii wykonuje pracę mechaniczną lub zamienia ją na inne formy energii (energia cieplna, światło, dźwięk itp.).

2. Ilość pobranej energii jest równa pracy wykonanej przez prąd, co możemy zapisać symbolicznie:
   $W_{\text{prądu}}\text{=}{E}_{\text{elektryczna}}$

3. Aby obliczyć wartość pracy prądu płynącego w urządzeniu o mocy (P), mnożymy tę moc przez czas ($t$) pracy tego urządzenia:
   $W_{\mathrm{prądu}}=P·t$

4. Jeśli moc urządzenia wyrazimy w kilowatach (kW), a czas – w godzinach (h), to otrzymamy jednostkę pracy (energii) zwaną kilowatogodziną (kWh).
   $\text{1}\text{kWh = 1}\text{kW}·\text{1}\text{h }$$$
   Jednostka ta nie należy do układu SI.

5. Kilowatogodziny przeliczamy na jednostki układu SI, czyli dżule, w następujący sposób:
   $\text{1 kWh}=\text{1 kW}·\text{1}\text{h}=\text{1000 W}·\text{3 600 s}=\text{3600 000 W}·\text{s}=\text{3 600 000 J}=\text{3,6 MJ}$

6. Ponieważ moc prądu ($P$) jest iloczynem napięcia i natężenia prądu ($P=U·I$), pracę prądu możemy obliczyć ze wzoru:
   $W_{\text{prądu}}=U·I·t$

10. Wyznaczanie oporu opornika

R1aYprCgybS3V1

Zdjęcie oporników

Aby wyznaczyć opór elektryczny opornika (lub innego elementu), należy:

• zbudować obwód elektryczny składający się z: przewodów elektrycznych, źródła napięcia, opornika (lub innego badanego elementu), amperomierza, woltomierza i wyłącznika;

• włączyć zasilanie obwodu i zmierzyć napięcie na końcach opornika oraz natężenie prądu płynącego przez opornik;

• obliczyć opór elektryczny ($R$) – podzielić napięcie ($U$) przez natężenie ($I$):

11. Wyznaczanie mocy żarówki

R1P3pMpDqy0FN1

Zdjęcie żarówki dużej mocy

Aby wyznaczyć moc prądu płynącego w żarówce (lub innym elemencie obwodu), należy:

1. Zbudować obwód elektryczny składający się z: przewodów elektrycznych, źródła napięcia, żarówki (lub innego badanego elementu), amperomierza, woltomierza i wyłącznika.

2. Włączyć zasilanie obwodu i zmierzyć napięcie przyłożone do żarówki oraz natężenie prądu płynącego przez żarówkę.

3. Obliczyć moc prądu ($P$), mnożąc napięcie ($U$) przez natężenie ($I$), czyli ze wzoru:
   $P=U·I$

12. Test

13. Zadania