Definicja pojęcia:

energia elektryczna

Energia elektrycznaenergia 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.
  1. Prąd elektryczny
  2. Źródła prądu elektrycznego
  3. Natężenie prądu elektrycznego (prąd elektryczny)
  4. Napięcie elektryczne
  5. Energia prądu elektrycznego
  6. Praca i moc prądu elektrycznego
  7. Prawa związane z prądem elektrycznym
  8. Prąd stały i zmienny

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).
Neuron – komórka zdolna do przetwarzania i przewodzenia informacji w postaci impulsu elektrycznego. By The original uploader was Cahass at English Wikipedia. (Transferred from en.wikipedia to Commons.) [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.5 ], via Wikimedia Commons

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):

I=dq/dt [A]

Natężenie prądu stałego wyraża się wzorem:

I=q/t [A]

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):

UAB=W/q [V]

Jednostką natężenie prądu elektrycznego jest wolt (V). Do pomiaru napięcia elektrycznego służy urządzenie zwane woltomierzem.
Woltomierz. By Marek bydg (plWiki, uploaded by Marek bydg) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

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):

E=U∙I∙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):

W=q∙U [J]

Jednostką pracy prądu elektrycznego jest dżul (J).

Moc prądu elektrycznego (P) jest to praca (W) , jaką wykonuje prąd elektryczny w jednostce czasu (t):

P=W/t [W]

Jednostką mocy prądu elektrycznego jest wat (W).
Ogniwo słoneczne – przykład źródła prądu elektrycznego, w którym następuje przemiana energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Źródło: Wikipedia

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:

U=I∙R

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.
Energia elektryczna zamieniana jest w energię promieniowania elektromagnetycznego, np. w żarówce. Fot. pixabay.com

Bibliografia

  1. “Nowa Encyklopedia Powszechna PWN”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997;
  2. David J. Griffiths; “Podstawy elektrodynamiki”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006;
  3. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; “Podstawy fizyki T. 1”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015;
  4. Igor W. Sawieliew, ; “Wykłady z fizyki, tom 2. Elektryczność i magnetyzm, fale, optyka ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.6
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy