Kaikki materiaalit koostuvat atomeista, ja kaikki atomit koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista. Protoneilla on positiivinen sähkövaraus. Neutroneilla ei ole sähkövarausta (eli ne ovat neutraaleja), kun taas elektroneilla on negatiivinen sähkövaraus. Atomeja sitovat yhteen voimakkaat vetovoimat, jotka ovat atomiytimen ja sen ulkokuoren elektronien välillä.
kun nämä protonit, neutronit ja elektronit ovat yhdessä atomin sisällä, ne ovat onnellisia ja vakaita. Mutta jos erotamme heidät toisistaan, he haluavat uudistua ja alkaa käyttää vetovoimapotentiaalia, jota kutsutaan potentiaalieroksi.
nyt jos luomme suljetun piirin, nämä irralliset elektronit alkavat liikkua ja ajautua takaisin protoneille, koska niiden vetovoima luo elektronivirran. Tätä elektronivirtaa kutsutaan sähkövirraksi. Elektronit eivät virtaa vapaasti piirin läpi, koska niiden läpi liikkuva materiaali aiheuttaa rajoitteen elektronivirtaukselle. Tätä rajoitusta kutsutaan resistanssiksi.
silloin kaikki sähkö-tai elektroniikkapiirit koostuvat kolmesta erillisestä, mutta hyvin läheisesti toisiinsa liittyvästä sähkösuureesta, joita kutsutaan: Jännite, (v), Virta, (i ) ja resistanssi, (Ω ).
sähköjännite
Jännite, ( V ) on sähkövarauksen muodossa varastoidun sähkönsyötön potentiaalienergia. Jännite voidaan ajatella voimana, joka työntää elektroneja johtimen läpi ja mitä suurempi jännite sitä suurempi on sen kyky ”työntää” elektroneja tietyn piirin läpi. Koska energialla on kyky tehdä työtä, tätä potentiaalienergiaa voidaan kuvata työksi, jota tarvitaan jouleissa elektronien siirtämiseksi sähkövirran muodossa piirin ympäri pisteestä tai solmusta toiseen.
silloin piirin kahden pisteen, yhteyksien tai liitosten (joita kutsutaan solmuiksi) välistä jänniteeroa kutsutaan Potentiaalieroksi, ( p.d.), jota yleisesti kutsutaan Jännitehäviöksi.
kahden pisteen välinen potentiaaliero mitataan voltteina piirin tunnuksella V eli pienaakkosilla ”v”, joskin energiaa, e-pienaakkosta ”e” käytetään joskus osoittamaan syntynyttä emf: ää (sähkömotorinen voima). Sitten mitä suurempi jännite, sitä suurempi on paine (tai työntövoima) ja sitä suurempi on kyky tehdä työtä.
vakiojännitelähdettä kutsutaan TASAJÄNNITTEEKSI, jonka jännite vaihtelee ajoittain ajan kanssa, kutsutaan VAIHTOVIRTAJÄNNITTEEKSI. Jännite mitataan voltteina, jolloin yksi voltti määritellään sähköiseksi paineeksi, joka tarvitaan pakottamaan yhden ampeerin sähkövirta yhden ohmin vastuksella. Jännitteet ilmaistaan yleensä voltteina etuliitteillä, joita käytetään ilmaisemaan jännitteen alakertoja, kuten mikrovoltteja ( µV = 10-6 V), millivoltteja ( MV = 10-3 V ) tai kilovoltteja ( KV = 103 V ). Jännite voi olla joko positiivinen tai negatiivinen.
paristoja tai virtalähteitä käytetään useimmiten tasaisen DC: n (tasavirta) jännitelähteen, kuten 5V, 12V, 24V jne.tuottamiseen elektronisissa piireissä ja järjestelmissä. Kun Taas A. C. (vaihtovirta) jännitelähteitä on saatavilla kotitalouksien ja teollisuuden sähkölle ja valaistukselle sekä sähkönsiirrolle. Verkkojännite Yhdistyneessä kuningaskunnassa on tällä hetkellä 230 volttia a.C. ja Yhdysvalloissa 110 volttia a.c.
Yleiset elektroniset piirit toimivat 1,5 – 24 V: n tasajännitteisillä TASAVIRTAAKKULÄHTEILLÄ virtapiirin tunnus vakiojännitelähteelle, joka yleensä annetaan akun symbolina, jossa on positiivinen, + ja negatiivinen-merkki, joka osoittaa napaisuuden suunnan. Vaihtojännitelähteen piirin tunnus on ympyrä, jonka sisällä on siniaalto.
Jännitesymbolit
voidaan tehdä yksinkertainen suhde vesisäiliön ja jännitelähteen välillä. Mitä suurempi vesisäiliö on ulostulon yläpuolella, sitä suurempi on veden paine sitä enemmän energiaa vapautuu, sitä suurempi on jännite sitä suurempi potentiaalienergia sitä enemmän vapautuu elektroneja.
jännite mitataan aina, koska piirin kahden pisteen erotus ja näiden kahden pisteen välistä jännitettä kutsutaan yleensä ”Jännitehäviöksi”. Huomaa, että jännite voi olla olemassa koko piiri ilman virtaa, mutta virta ei voi olla olemassa ilman jännitettä ja siten mitään jännitelähdettä, onko DC tai AC tykkää avoin tai puoliavoin piiri kunnossa, mutta vihaa oikosulku kunnossa, koska tämä voi tuhota sen.
sähkövirta
sähkövirta, ( I ) on sähkövarauksen liike tai virtaus, ja se mitataan ampeereina, voimakkuuden symbolina i). Se on elektronien (atomin negatiivisten hiukkasten) jatkuva ja yhtenäinen virtaus piirin ympärillä, jota jännitelähde ”työntää”. Todellisuudessa elektronit virtaavat syötön negatiivisesta (–ve) päätepisteestä positiiviseen (+ve) päätepisteeseen ja piirin ymmärtämisen helpottamiseksi tavanomainen virtavirta olettaa virran virtaavan positiivisesta negatiiviseen päätepisteeseen.
yleensä piirikaavioissa virtapiirin läpi kulkevassa virrassa on yleensä symboliin I tai pienaakkosiin I liittyvä nuoli, joka ilmaisee virran todellisen suunnan. Tämä nuoli kertoo kuitenkin yleensä tavanomaisen virtaussuunnan eikä välttämättä varsinaisen virtaussuunnan.
tavanomainen virtavirta
tavanomaisesti tämä on positiivisen varauksen virtaus piirin ympäri, ollen positiivisesta negatiiviseen. Vasemmalla oleva kaavio näyttää positiivisen varauksen (reikien) liikkeen suljetun piirin ympärillä, joka virtaa akun positiivisesta päätteestä piirin läpi ja palaa akun negatiiviseen päätepisteeseen. Tätä virran virtausta positiivisesta negatiiviseen kutsutaan yleisesti tavanomaiseksi virtaukseksi.
Tämä oli sähkön keksimisen aikana valittu konventio, jossa sähkövirran suunnan ajateltiin virtaavan piirissä. Tämän ajatuslinjan jatkamiseksi kaikissa piirikaavioissa ja kaavioissa diodien ja transistorien kaltaisten komponenttien symboleissa näkyvät nuolet osoittavat tavanomaisen virran suunnan.
silloin tavanomainen virtavirta antaa sähkövirran positiivisesta negatiiviseen ja joka on suunnaltaan päinvastainen kuin todellinen elektronivirtaus.
elektronivirta
elektronien virtaus piirin ympäri on päinvastainen kuin tavanomaisen virtavirran suunta on negatiivinen positiiviseen.Sähköpiirissä virtaava todellinen virta koostuu elektroneista, jotka virtaavat akun negatiiviselta navalta (katodilta) ja palaavat takaisin akun positiiviselle navalle (anodille).
Tämä johtuu siitä, että elektronin varaus on määritelmän mukaan negatiivinen ja näin se vetää puoleensa positiivista päätettä. Tätä elektronien virtausta kutsutaan Elektronivirtaukseksi. Näin ollen elektronit todellisuudessa virtaavat piirin ympäri negatiivisesta terminaalista positiiviseen.
monissa oppikirjoissa käytetään sekä tavanomaista virtausvirtaa että elektronivirtausta. Itse asiassa sillä ei ole väliä, millä tavalla virta kulkee piirin ympäri, kunhan suuntaa käytetään johdonmukaisesti. Virtaussuunta ei vaikuta siihen, mitä virta tekee piirin sisällä. Yleensä on paljon helpompi ymmärtää tavanomainen nykyinen virtaus-positiivinen negatiivinen.
elektronisissa piireissä virtalähde on piirielementti, joka tuottaa määrätyn määrän virtaa esimerkiksi 1A, 5A 10 ampeeria jne.vakiolähteen piirimerkki annetaan ympyränä, jonka sisällä on nuoli, joka osoittaa sen suunnan.
Virta mitataan ampeereina ja ampeeri eli ampeeri määritellään niiden elektronien tai varausten lukumääräksi (Q Coulombeina), jotka läpäisevät piirin tietyn pisteen yhdessä sekunnissa (t sekunteina).
sähkövirta ilmaistaan yleensä ampeereina, joiden etuliitteitä käytetään merkitsemään mikroampeeria ( µA = 10-6A ) tai milliampeeria ( mA = 10-3a ). Huomaa, että sähkövirta voi olla joko positiivinen arvoltaan tai negatiivinen arvoltaan riippuen sen virtaussuunnasta piirin ympäri.
yhteen suuntaan virtaavaa virtaa kutsutaan tasavirraksi eli DC: ksi. virtapiirissä edestakaisin vaihtuvaa virtaa kutsutaan vaihtovirraksi eli A. C.. Virtaako AC-tai tasavirta piirin läpi vain silloin, kun siihen on kytketty jännitelähde, jonka ”virtaus” rajoittuu sekä piirin vastukseen että sitä työntävään jännitelähteeseen.
myös, koska vaihtovirrat (ja jännitteet) ovat jaksollisia ja vaihtelevat ajan kanssa, Irms-arvona annettu ”efektiivinen” tai ”RMS” (Juurikeskiarvo potenssiin) tuottaa saman keskimääräisen tehohäviön, joka vastaa tasavirtaa Iaverage . Nykyiset lähteet ovat jännitteen lähteiden vastakohta siinä mielessä, että ne pitävät oikosulun tai suljetun piirin olosuhteista, mutta vihaavat avoimen piirin olosuhteita, koska mikään virta ei virtaa.
vesisuhdetta käyttäen virta vastaa putken läpi kulkevan veden virtausta virtauksen ollessa sama koko putkessa. Mitä nopeampi veden virtaus,sitä suurempi virta. Huomaa, että virta ei voi olla olemassa ilman jännitettä, joten mikä tahansa virtalähde, onko DC tai AC haluaa lyhyen tai osittain oikosulun kunnossa, mutta vihaa mitään avoimen piirin kunnossa, koska tämä estää sitä virtaamasta.
vastus
vastus, ( R ) on materiaalin kyky vastustaa tai estää virran tai tarkemmin sanottuna sähkövarauksen virtaus piirin sisällä. Piirielementti, joka tekee tämän täydellisesti, on nimeltään ”vastus”.
resistanssi on piirielementti, joka mitataan Ohmeilla, kreikkalaisella symbolilla ( Ω, Omega), jonka etuliitteitä käytetään merkitsemään Kilo-ohmeja ( kΩ = 103ω ) ja Mega-ohmeja ( MΩ = 106Ω ). Huomaa, että resistanssi ei voi olla negatiivinen arvoltaan vain positiivinen.
Vastussymbolit
vastuksen vastussymbolit
vastuksen vastussymbolit
vastuksen määrän määrää sen läpi kulkevan virran suhde sen poikki kulkevaan jännitteeseen, joka määrittää, onko piirielementti ”hyvä johdin” – alhainen vastus, tai ”huono kapellimestari” – korkea vastus. Alhainen vastus, esimerkiksi 1ω tai vähemmän tarkoittaa, että piiri on hyvä kapellimestari valmistettu materiaaleista, kuten kuparista, alumiinista tai hiilestä, kun taas suuri vastus, 1MΩ tai enemmän merkitsee piiri on huono kapellimestari valmistettu eristysmateriaaleista, kuten lasista, posliinista tai muovista.
toisaalta ”puolijohde”, kuten pii tai germanium, on materiaali, jonka resistanssi on hyvän johtimen ja hyvän eristeen puolessa välissä. Tästä johtuu nimi ”puolijohde”. Puolijohteita käytetään diodien ja transistorien ym.valmistamiseen.
resistanssi voi olla luonteeltaan lineaarinen tai epälineaarinen, mutta ei koskaan negatiivinen. Lineaarinen vastus noudattaa Ohmin lakia, koska vastuksen koko jännite on lineaarisesti verrannollinen sen läpi virtaavaan virtaan. Epälineaarinen resistanssi, ei noudata Ohmin lakia, mutta sillä on jännitehäviö, joka on verrannollinen virran johonkin potenssiin.
resistanssi on puhdas eikä siihen vaikuta taajuus, jolloin vastuksen AC-impedanssi on yhtä suuri kuin sen TASAVIRTAVASTUS, eikä se näin ollen voi olla negatiivinen. Muista, että vastarinta on aina positiivista, eikä koskaan negatiivista.
vastus luokitellaan passiiviseksi piirielementiksi, eikä se sellaisenaan pysty tuottamaan virtaa tai varastoimaan energiaa. Sen sijaan vastukset absorboivat tehoa, joka näkyy lämpö ja valo. Teho vastuksessa on aina positiivinen jännitteen napaisuudesta ja virran suunnasta riippumatta.
hyvin alhaisilla vastusarvoilla, esimerkiksi milli-ohmeilla ( mΩ), on joskus paljon helpompi käyttää vastuksen käänteisarvoa ( 1 / R ) kuin itse vastusta ( R). Vastuksen vastavuoroisuutta kutsutaan Konduktanssiksi, symboliksi (G) ja se kuvaa johtimen tai laitteen kykyä johtaa sähköä.
toisin sanoen helppous, jolla virta kulkee. Konduktanssin korkeat arvot tarkoittavat hyvää johtinta, kuten kuparia, kun taas konduktanssin matalat arvot tarkoittavat huonoa johtinta, kuten puuta. Konduktanssille annettu standardimittayksikkö on Siemen-tunnus (- tunnukset).
konduktanssissa käytetty yksikkö on mho (ohmin speltti taaksepäin), jota symboloidaan käänteisellä Ohmin merkillä ℧. Teho voidaan ilmaista myös konduktanssin avulla seuraavasti: p = i2 / G = v2G.
jännitteen, ( v ) ja virran, ( i ) suhde virtapiirissä, jossa on vakiovastus, (R ) tuottaisi suoran i-v suhteen kaltevuuden kanssa, joka on sama kuin vastuksen arvo kuten on esitetty.
jännite, virta ja resistanssi Yhteenveto
toivottavasti jo nyt sinulla pitäisi olla jonkinlainen käsitys siitä, miten sähköjännite, virta ja resistanssi liittyvät läheisesti toisiinsa. Jännitteen, virran ja resistanssin suhde muodostaa Ohmin lain perustan. Kiinteän resistanssin lineaarisessa piirissä, jos lisäämme jännitettä, virta nousee, ja vastaavasti, jos vähennämme jännitettä, virta laskee. Tämä tarkoittaa, että jos jännite on suuri, virta on suuri, ja jos jännite on alhainen, virta on alhainen.
samoin, jos lisäämme vastusta, virta laskee tietyn jännitteen osalta ja jos vähennämme vastusta, virta nousee. Mikä tarkoittaa, että jos vastus on suuri virta on alhainen ja jos vastus on alhainen virta on korkea.
silloin voimme nähdä, että virtavirta piirin ympäri on suoraan verrannollinen ( ∝ ) jännitteeseen, (V aiheuttaa I ) mutta kääntäen verrannollinen ( 1/∝) resistanssiin, (R aiheuttaa i↓ ).
alla on yhteenveto kolmesta yksiköstä.
- jännite tai potentiaaliero on piirin kahden pisteen välisen potentiaalienergian mitta ja sitä kutsutaan yleisesti sen ” volttipudotukseksi ”.
- kun jännitelähde kytketään suljettuun kiertopiiriin, jännite tuottaa virtapiirin ympäri virtaavan virran.
- TASAJÄNNITELÄHTEISSÄ tunnuksia +ve (positiivinen) ja −ve (negatiivinen) käytetään ilmaisemaan jännitelähteen napaisuutta.
- jännite mitataan voltteina ja sen tunnus on v jännitteelle tai e sähköenergialle.
- virtavirta on elektronivirran ja reikävirran yhdistelmä piirin läpi.
- virta on jatkuva ja yhtenäinen varausvirta piirin ympärillä ja se mitataan ampeereina tai ampeereina ja sen tunnus on I.
- virta on suoraan verrannollinen jännitteeseen ( i ∝ V)
- vaihtovirran tehollisarvolla (rms) on sama keskimääräinen tehohäviö, joka vastaa resistiivisen elementin läpi virtaavaa tasavirtaa.
- resistanssi on piirin ympäri virtaavan virran vastustus.
- matalat resistanssiarvot viittaavat johtimeen ja korkeat resistanssiarvot eristeeseen.
- virta on kääntäen verrannollinen resistanssiin ( I 1 /∝ R)
- resistanssi mitataan Ohmeina ja sillä on kreikkalainen tunnus Ω tai kirjain R.
| Quantity | Symbol | Unit of Measure | Abbreviation |
| Voltage | V or E | Volt | V |
| Current | I | Ampere | A |
| Resistance | R | Ohms | Ω |
In the next tutorial about DC Circuits we will look at Ohms Law which is a mathematical yhtälö selittää suhde jännite, virta, ja vastus sisällä sähköpiirejä ja on perusta elektroniikka ja sähkötekniikka. Ohmin laki määritellään seuraavasti: V = I * R.
