Warto przeczytać

Zamknięty obwód elektryczny z ogniwemOgniwoogniwem jest układem, w którym płynie prąd stały. Innymi słowy, wzdłuż przewodów poruszają się w nim ładunki elektryczne. Wymaga to jednak nadania tym ładunkom energii potrzebnej do tego, by mogły się przemieszczać w obwodzie. Źródłem energii, o której mowa, jest ogniwo. Wykonuje ono pracę nad ładunkami elektrycznymi analogicznie do człowieka wykonującego pracę przy podnoszeniu kamienia, co zwiększa energię potencjalną grawitacyjną kamienia (Rys. 1.).

RkNhDfsaH8ipP

Rys. 1. przedstawia schematyczny rysunek pokazujący analogię nadawania energii elektrycznej ładunkom przez ogniwo do nadawania kamieniom energii grawitacyjnej przez człowieka. Od lewej: czerwona strzałka skierowana w górę i podpisana "Energia elektryczna", obok bateria - paluszek, ustawiona pionowo, biegunem + w górę, następnie czerwona strzałka skierowana w górę i podpisana "Energia grawitacyjna", i na końcu niebieska sylwetka człowieka trzymającego w dłoni kamień. Od kamienia odchodzi pionowa mała czarna strzałka skierowana w górę.

Aby nadać ładunkom energię elektryczną, ogniwo wykorzystuje energię chemiczną (jeśli jest to bateria lub akumulator) lub świetlną (w przypadku ogniwa fotowoltaicznego). W istocie dochodzi więc do przemiany jednej formy energii w drugą.

Energia elektryczna nadana ładunkom przez źródło prąduŹródło prąduźródło prądu może zostać wykorzystana przez odbiorniki, to znaczy zamieniona na inne rodzaje energii. Na przykład, dzięki energii elektrycznej silniki wykonują pracę mechaniczną, grzejniki emitują energię w formie ciepła, a lampy – w formie energii świetlnej.

Zasada zachowania energii głosi, że w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała w czasie.

Energia nie może się więc w takim układzie samoistnie tworzyć albo znikać, mogą jedynie zachodzić przemiany form energii. Zamknięty obwód elektryczny jest właśnie takim układem izolowanym.

Jeżeli będzie się w nim znajdować kilka ogniw włączonych w tym samym kierunku (jak na Rys. 2., przedstawiającym połączenie szeregowe źródeł), każde z nich będzie niezależnie nadawało ładunkom energię elektryczną, a więc całkowita energia ładunków będzie równa sumie energii nadanych przez poszczególne ogniwa.

RCcvd8kUJI9wt

Rys. 2. przedstawia szeregowe połączenie pięciu źródeł prądu. Każde źródło to układ dwóch pionowych odcinków: z lewej - krótki i szeroki, z prawej - dwa razy dłuższy i bardzo wąski. Wszystkie ogniwa ułożone są w poziomie jeno, obok drugiego i łączy je pozioma linia, która z lewej i z prawej strony przechodzi w linię przerywaną. Całość narysowano w kolorze czarnym.

Energia elektryczna ma związek z napięciem elektrycznym, co przedstawiamy e‑materiale „Jak definiuje się napięcie elektryczne?”. Źródła prądu, które wykonują prace nad ładunkami nadając im energię elektryczną, podnoszą wartość napięcia. Odbiorniki prądu, które korzystają z pracy wykonywanej przez ładunki, powodują spadek napięcia.

Na mocy zasady zachowania energii, w obwodzie zamkniętym suma napięć wszystkich ogniw podłączonych do niego szeregowo jest równa sumie spadków napięć na wszystkich odbiornikach. Prawidłowość ta nosi nazwę II prawa Kirchhoffa.

Słowniczek