energia elektryczna
Energia elektryczna — Energia elektryczna – energia układu ładunków elektrycznych nieruchomych (energia elektrostatyczna) lub ładunków poruszających się (energia elektrodynamiczna). Energia elektryczna może być zamieniana w energię promieniowania elektromagnetycznego (żarówki, diody luminescencyjne, urządzenia grzewcze) lub w energię mechaniczną (silniki elektryczne, głośniki). W praktyce przez energię elektryczną rozumie się zwykle energię prądu elektrycznego.
Prąd elektryczny
Prąd elektryczny to ukierunkowany przepływ ładunków elektrycznych w środowisku przewodzącym pod wpływem pola elektrycznego (przyłożonego napięcia) – jest to tzw. prąd przewodzenia (przewodnictwo elektryczne).
Wielkością charakteryzującą przewodnictwo elektryczne jest przewodność elektryczna (konduktancja). Przewodnictwo elektryczne zależy m.in. od temperatury, natężenia pola magnetycznego, ciśnienia zewnętrznego i warunków oświetlenia.
Ze względu na wartość przewodności elektrycznej (σ) wszystkie ciała można podzielić na:
- przewodniki – ciała dobrze przewodzące prąd elektryczny;
- półprzewodniki – ciała, których przewodność elektryczna ma wartość pośrednią między przewodnikami a izolatorami
- izolatory (dielektryki) – ciała słabo przewodzące prąd elektryczny.
Wyróżnia się następujące rodzaje przewodnictwa elektrycznego:
- elektronowe – nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony (w przewodnikach);
- dziurowe – nośnikami ładunku są elektrony poruszające się w paśmie walencyjnym (w półprzewodnikach);
- jonowe – nośnikami ładunku elektrycznego są jony (w cieczach
- mieszane – nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony i jony (w gazach).
Źródła prądu elektrycznego
Prąd w przewodnikach płynie od potencjału wyższego do potencjału niższego. Za kierunek przepływu prądu elektrycznego przyjmuje się umownie kierunek przepływu ładunków dodatnich. By przepływ prądu był możliwy, w obwodzie zamkniętym musi znajdować się źródło prądu, który dostarcza nośniki ładunków w kierunku przeciwnym do działającego pola elektrycznego przy udziale energii. Źródłami prądu elektrycznego są ogniwa (galwaniczne, fotoelektryczne, termoelektryczne) oraz prądnice elektryczne.
Natężenie prądu elektrycznego (prąd elektryczny)
Natężenie prądu elektrycznego (I) jest to stosunek ładunku elektrycznego (dq) przenoszonego przez naładowane cząstki (nośniki) przez dany przekrój poprzeczny przewodnika do czasu przepływu ładunku (dt):
Natężenie prądu stałego wyraża się wzorem:
Jednostką natężenie prądu elektrycznego jest amper (A). Do pomiaru natężenia prądu służy urządzenie zwane amperomierzem.
Napięcie elektryczne
Napięcie elektryczne definiuje się jako stosunek pracy (W) wykonywanej przez siły pola elektrycznego przy przenoszeniu ładunku elektrycznego między dwoma wybranymi punktami pola (A, B), do wartości tego ładunku (q):
Jednostką natężenie prądu elektrycznego jest wolt (V). Do pomiaru napięcia elektrycznego służy urządzenie zwane woltomierzem.
Energia prądu elektrycznego
Energia prądu elektrycznego to energia, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi wykonującemu pracę lub zmieniającemu ją w inny rodzaj energii. Energię elektryczną (E) definiuje się jako iloczyn napięcia na odbiorniku (U), natężenie prądu płynącego przez odbiornik (I) i czasu przepływu prądu przez odbiornik (t):
Zużycie energii elektrycznej mierzone jest w kilowatogodzinach (kWh). Do pomiaru zużycia energii elektrycznej służy urządzenie zwane licznikiem energii elektrycznej.
Praca i moc prądu elektrycznego
Przemieszczanie ładunku elektrycznego w obwodzie wymaga wykonywania pracy. Pracę prądu elektrycznego (W) definiuje się jako iloczyn wartości ładunku (q) i napięcia elektrycznego (U):
Jednostką pracy prądu elektrycznego jest dżul (J).
Moc prądu elektrycznego (P) jest to praca (W) , jaką wykonuje prąd elektryczny w jednostce czasu (t):
Jednostką mocy prądu elektrycznego jest wat (W).
Prawa związane z prądem elektrycznym
Pierwsze prawo Kirchhoffa dotyczy przepływu prądu elektrycznego w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego. Prawo to zakłada, że suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła.
Drugie prawo Kirchhoffa (prawo napięciowe) dotyczy zamkniętych obwodów elektrycznych prądu stałego. Zgodnie z tym prawem suma spadków napięć na oporach równa jest sumie sił elektromotorycznych występujących w obwodzie elektrycznym.
Prawo Ohma zakłada, że natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do końców przewodnika.
Dla prądu stałego proporcjonalność napięcia (U) i natężenia (I) można wyrazić wzorem:
gdzie:
R – współczynnik proporcjonalności (opór elektryczny)
Prąd stały i zmienny
Prąd stały charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu ładunków elektrycznych. Prądem stałym zasilana jest większość układów elektronicznych (z baterii lub akumulatora) lub poprzez zasilacze sieciowe (dla urządzeń zasilanych z sieci energetycznych).
Prąd zmienny charakteryzuje się zmianami wartości natężenia w czasie, może to być prąd okresowo zmienny (prąd tętniący, prąd przemienny) zmieniający się z zgodnie z określoną funkcją matematyczną lub danym zjawiskiem fizycznym lub prąd nieokresowy o dowolnych zmianach natężenia.