wszystkie materiały składają się z atomów, a wszystkie atomy składają się z protonów, neutronów i elektronów . Protony mają dodatni ładunek elektryczny. Neutrony nie mają ładunku elektrycznego (to znaczy są neutralne), podczas gdy elektrony mają ujemny ładunek elektryczny. Atomy są połączone ze sobą potężnymi siłami przyciągania istniejącymi między jądrem atomów a elektronami w jego zewnętrznej powłoce.
Kiedy te protony, neutrony i elektrony są razem w atomie, są szczęśliwe i stabilne. Ale jeśli oddzielimy je od siebie, chcą się zreformować i zacząć wywierać potencjał przyciągania zwany różnicą potencjałów.
teraz, jeśli stworzymy zamknięty obwód, te luźne elektrony zaczną się poruszać i dryfować z powrotem do protonów z powodu ich przyciągania, tworząc przepływ elektronów. Ten przepływ elektronów nazywany jest prądem elektrycznym. Elektrony nie przepływają swobodnie przez obwód, ponieważ materiał, przez który się przemieszczają, tworzy ograniczenie przepływu elektronów. To ograniczenie nazywa się oporem.
wtedy wszystkie podstawowe układy elektryczne lub elektroniczne składają się z trzech oddzielnych, ale bardzo pokrewnych wielkości elektrycznych zwanych: napięciem, (v), prądem, (i ) I rezystancją, (Ω ).
napięcie elektryczne
Napięcie, ( V ) to energia potencjalna zasilania elektrycznego przechowywana w postaci ładunku elektrycznego. Napięcie można traktować jako siłę, która przepycha elektrony przez przewód i im większe napięcie, tym większa jest jego zdolność do „przepychania” elektronów przez dany Obwód. Ponieważ energia ma zdolność do pracy, tę energię potencjalną można opisać jako pracę wymaganą w dżulach do przenoszenia elektronów w postaci prądu elektrycznego wokół obwodu z jednego punktu lub węzła do drugiego.
wtedy różnica napięcia pomiędzy dowolnymi dwoma punktami, połączeniami lub skrzyżowaniami (zwanymi węzłami) w obwodzie jest znana jako różnica potencjałów, (P. d.) potocznie nazywana spadkiem napięcia.
różnica potencjałów między dwoma punktami jest mierzona w woltach z symbolem obwodu V lub małą literą „v”, chociaż Energia, mała litera „e” jest czasami używana do wskazania wygenerowanego pola elektromagnetycznego (siły elektromotorycznej). Następnie im większe napięcie, tym większe jest ciśnienie (lub siła pchająca) i większa jest zdolność do pracy.
źródłem napięcia stałego nazywa się napięcie DC o napięciu, które zmienia się okresowo w czasie, nazywa się napięcie AC. Napięcie jest mierzone w woltach, przy czym jeden wolt jest zdefiniowany jako ciśnienie elektryczne wymagane do wymuszenia prądu elektrycznego o jednym amperze przez rezystancję o jednym omie. Napięcia są zwykle wyrażane w woltach z przedrostkami używanymi do oznaczania sub-wielokrotności napięcia, takich jak mikrowolty ( µV = 10-6 V), miliwolty ( mV = 10-3 V ) lub kilowolty ( kV = 103 V ). Napięcie może być dodatnie lub ujemne.
baterie lub zasilacze są najczęściej używane do produkcji stałego źródła napięcia stałego (prądu stałego), takiego jak 5V, 12V, 24V itp.w obwodach i systemach elektronicznych. Podczas A. C. (prąd zmienny) źródła napięcia są dostępne dla domowego i przemysłowego zasilania i oświetlenia, a także przesyłu energii. Napięcie sieciowe w Wielkiej Brytanii wynosi obecnie 230 V a.C. i 110 V a.C. w USA.
ogólne obwody elektroniczne działają na zasilaczach niskonapięciowych DC o napięciu od 1,5 V do 24 V DC symbol obwodu dla źródła stałego napięcia zwykle podawany jako symbol baterii z dodatnim, + i ujemnym, – znakiem wskazującym kierunek polaryzacji. Symbolem obwodu dla źródła napięcia przemiennego jest okrąg z sinusoidalną falą wewnątrz.
Symbole napięcia
prosta zależność może być wykonana między zbiornikiem wody a zasilaniem napięciowym. Im wyższy zbiornik wody nad wylotem, tym większe ciśnienie wody w miarę uwalniania większej ilości energii, im wyższe napięcie, tym większa energia potencjalna w miarę uwalniania większej liczby elektronów.
napięcie jest zawsze mierzone jako różnica między dowolnymi dwoma punktami w obwodzie, a napięcie między tymi dwoma punktami jest ogólnie określane jako „spadek napięcia”. Zauważ, że napięcie może istnieć w obwodzie bez prądu, ale prąd nie może istnieć bez napięcia i jako takie każde źródło napięcia, niezależnie od tego, czy DC czy AC lubi otwarty lub półotwarty stan obwodu, ale nienawidzi jakiegokolwiek zwarcia, ponieważ może to go zniszczyć.
prąd elektryczny
prąd elektryczny, ( I ) jest ruchem lub przepływem ładunku elektrycznego i jest mierzony w amperach, symbol i, dla intensywności). Jest to ciągły i równomierny przepływ (zwany dryfem) elektronów (ujemnych cząstek atomu) wokół obwodu, które są „popychane” przez źródło napięcia. W rzeczywistości elektrony płyną z ujemnego (- ve) terminala do dodatniego (+ve) terminala zasilania i dla ułatwienia zrozumienia obwodu konwencjonalny przepływ prądu zakłada, że prąd płynie z dodatniego do ujemnego terminala.
ogólnie na schematach przepływu prądu przez obwód zwykle ma strzałkę związaną z symbolem I lub małą literą i, aby wskazać rzeczywisty kierunek przepływu prądu. Jednak strzałka ta zwykle wskazuje kierunek konwencjonalnego przepływu prądu, a niekoniecznie kierunek rzeczywistego przepływu.
konwencjonalny przepływ prądu
konwencjonalnie jest to przepływ ładunku dodatniego wokół obwodu, będąc dodatnim do ujemnego. Schemat po lewej stronie pokazuje ruch ładunku dodatniego (otworów) wokół obwodu zamkniętego płynącego z dodatniego zacisku akumulatora, przez obwód i powraca do ujemnego zacisku akumulatora. Ten przepływ prądu od dodatniego do ujemnego jest ogólnie znany jako konwencjonalny przepływ prądu.
była to konwencja wybrana podczas odkrywania elektryczności, w której kierunek prądu elektrycznego był uważany za przepływający w obwodzie. Aby kontynuować tę linię myślenia, we wszystkich schematach obwodów i schematach, strzałki pokazane na symbolach komponentów, takich jak diody i tranzystory, wskazują kierunek konwencjonalnego przepływu prądu.
wtedy konwencjonalny przepływ prądu daje przepływ prądu elektrycznego z dodatniego do ujemnego i który jest odwrotny w kierunku do rzeczywistego przepływu elektronów.
przepływ elektronów
przepływ elektronów wokół obwodu jest odwrotny do kierunku konwencjonalnego przepływu prądu ujemnego do dodatniego.Rzeczywisty prąd płynący w obwodzie elektrycznym składa się z elektronów, które wypływają z ujemnego bieguna akumulatora (katody) i wracają z powrotem do dodatniego bieguna (anody) akumulatora.
wynika to z faktu, że ładunek na elektronie jest ujemny z definicji i tak jest przyciągany do dodatniego końca. Ten przepływ elektronów nazywany jest przepływem prądu elektronowego. Dlatego elektrony faktycznie przepływają wokół obwodu od ujemnego końca do dodatniego.
zarówno konwencjonalny przepływ prądu, jak i przepływ elektronów są używane przez wiele podręczników. W rzeczywistości nie ma znaczenia, w jaki sposób prąd płynie wokół obwodu, o ile kierunek jest konsekwentnie używany. Kierunek przepływu prądu nie wpływa na to, co prąd robi w obwodzie. Ogólnie rzecz biorąc, znacznie łatwiej jest zrozumieć konwencjonalny przepływ prądu-dodatni do ujemnego.
w obwodach elektronicznych źródło prądu jest elementem obwodu, który zapewnia określoną ilość prądu, na przykład 1a, 5A 10 Amperów itp., z symbolem obwodu dla stałego źródła prądu podanego jako okrąg ze strzałką wewnątrz wskazującą jego kierunek.
prąd jest mierzony w amperach, a wzmacniacz lub ampere jest zdefiniowany jako liczba elektronów lub ładunku (Q w Kulombach) mijających pewien punkt w obwodzie w ciągu jednej sekundy, (t w sekundach).
prąd elektryczny jest zwykle wyrażany w amperach z przedrostkami używanymi do oznaczania mikro amperów ( µA = 10-6A ) lub miliamperów ( mA = 10-3A ). Należy zauważyć, że prąd elektryczny może być dodatni lub ujemny w zależności od kierunku przepływu wokół obwodu.
prąd płynący w jednym kierunku nazywany jest prądem stałym, czyli prądem stałym. a prąd przemienny w tę iz powrotem przez obwód jest znany jako prąd przemienny lub A. C.. Niezależnie od tego, czy prąd AC lub DC przepływa przez obwód, gdy podłączone jest do niego źródło napięcia, a jego „przepływ” jest ograniczony zarówno do rezystancji obwodu, jak i źródła napięcia popychającego go.
Ponadto, ponieważ prądy przemienne (i napięcia) są okresowe i zmieniają się z czasem „efektywna” lub „RMS”, (Średnia do kwadratu) wartość podana jako Irms powoduje taką samą średnią stratę mocy równoważną prądowi stałemu Iaverage . Źródła prądu są przeciwieństwem źródeł napięcia, ponieważ lubią warunki zwarcia lub obwodu zamkniętego, ale nienawidzą warunków obwodu otwartego, ponieważ prąd nie będzie płynął.
wykorzystując zależność zbiornika wody, prąd jest odpowiednikiem przepływu wody przez rurę, przy czym przepływ jest taki sam w całej rurze. Im szybszy przepływ wody, tym większy prąd. Zauważ, że prąd nie może istnieć bez napięcia, więc każde źródło prądu, niezależnie od tego, czy DC, czy AC lubi stan zwarcia lub pół-zwarcia, ale nienawidzi każdego stanu obwodu otwartego, ponieważ uniemożliwia to przepływ.
Rezystancja
Rezystancja, ( R ) jest zdolnością materiału do oporu lub zapobiegania przepływowi prądu lub, dokładniej, przepływowi ładunku elektrycznego w obwodzie. Element obwodu, który to robi doskonale, nazywany jest „rezystorem”.
rezystancja jest elementem obwodu mierzonym w omach, Grecki symbol (Ω, Omega ) z przedrostkami używanymi do oznaczania Kilo-omów ( kΩ = 103ω) i Mega-omów ( Mω = 106ω). Zauważ, że rezystancja nie może być ujemna tylko dodatnia.
Symbole rezystorów
ilość rezystancji, jaką ma rezystor, jest określana przez stosunek prądu przez niego do napięcia przez niego, który określa, czy element obwodu jest „dobrym przewodnikiem” – niską rezystancją, czy „zły dyrygent” – wysoka odporność. Niska rezystancja, na przykład 1Ω lub mniej oznacza, że obwód jest dobrym przewodnikiem wykonanym z materiałów takich jak miedź, aluminium lub węgiel, podczas gdy wysoka rezystancja, 1MΩ lub więcej oznacza, że obwód jest złym przewodnikiem wykonanym z materiałów izolacyjnych, takich jak szkło, porcelana lub plastik.
„półprzewodnik” z drugiej strony, taki jak krzem lub German, jest materiałem, którego odporność jest w połowie drogi między dobrym przewodnikiem a dobrym izolatorem. Stąd nazwa „półprzewodnik”. Półprzewodniki są używane do produkcji diod i tranzystorów itp.
Rezystancja może mieć charakter liniowy lub nieliniowy, ale nigdy ujemny. Rezystancja liniowa jest zgodna z prawem Ohma, ponieważ napięcie na rezystorze jest liniowo proporcjonalne do prądu przez niego przepływającego. Rezystancja nieliniowa, nie jest zgodna z prawem Ohma, ale ma spadek napięcia po niej, który jest proporcjonalny do pewnej mocy prądu.
rezystancja jest czysta i nie ma wpływu na częstotliwość, a impedancja AC rezystancji jest równa rezystancji DC i w rezultacie nie może być ujemna. Pamiętaj, że opór jest zawsze pozytywny, a nigdy negatywny.
rezystor jest klasyfikowany jako pasywny element obwodu i jako taki nie może dostarczać mocy ani magazynować energii. Zamiast tego Rezystory pochłaniają moc, która pojawia się jako ciepło i światło. Moc w rezystancji jest zawsze dodatnia niezależnie od polaryzacji napięcia i kierunku prądu.
dla bardzo niskich wartości rezystancji, na przykład milli-omów, ( mΩ ) czasami znacznie łatwiej jest użyć odwrotności rezystancji ( 1/R ) niż samej rezystancji ( R). Odwrotność rezystancji nazywa się przewodnością, symbolem (G) i reprezentuje zdolność przewodnika lub urządzenia do przewodzenia elektryczności.
innymi słowy łatwość, z jaką płynie prąd. Wysokie wartości przewodności oznaczają dobry przewodnik, taki jak miedź, podczas gdy niskie wartości przewodności oznaczają zły przewodnik, taki jak drewno. Standardową jednostką miary podaną dla przewodności jest Siemen, symbol (y).
jednostką używaną do przewodzenia jest MHO (ohm pisany do tyłu), który jest symbolizowany przez odwrócony znak Ohm ℧. Moc może być również wyrażona za pomocą przewodności jako: p = i2 / G = v2G.
zależność między napięciem, ( v ) i prądem, ( i ) w obwodzie o stałej rezystancji, ( R ) wytworzyłaby prostą relację i-v z nachyleniem równym wartości rezystancji, jak pokazano.
podsumowanie napięcia, prądu i rezystancji
mam nadzieję, że już teraz powinieneś mieć pojęcie o tym, jak napięcie elektryczne, prąd i Rezystancja są ze sobą ściśle powiązane. Zależność między napięciem, prądem i rezystancją stanowi podstawę prawa Ohma. W układzie liniowym o stałej rezystancji, jeśli zwiększymy napięcie, prąd wzrośnie, i podobnie, jeśli zmniejszymy napięcie, prąd spadnie. Oznacza to, że jeśli napięcie jest wysokie, prąd jest wysoki, a jeśli napięcie jest niskie, prąd jest niski.
Podobnie, jeśli zwiększymy rezystancję, prąd spada dla danego napięcia, a jeśli zmniejszymy rezystancję, prąd wzrasta. Co oznacza, że jeśli rezystancja jest wysoka, prąd jest niski, a jeśli rezystancja jest niska, prąd jest wysoki.
wtedy widzimy, że przepływ prądu wokół obwodu jest wprost proporcjonalny ( ∝ ) do napięcia, (V powoduje I), ale odwrotnie proporcjonalny ( 1/∝ ) do oporu, (R powoduje i↓ ).
poniżej podano podstawowe zestawienie trzech jednostek.
- różnica napięcia lub potencjału jest miarą energii potencjalnej między dwoma punktami w obwodzie i jest powszechnie określana jako jej ” spadek napięcia „.
- gdy źródło napięcia jest podłączone do obwodu zamkniętej pętli, napięcie wytworzy prąd płynący wokół obwodu.
- w źródłach napięcia stałego symbole +ve (dodatnie) i −ve (ujemne) służą do oznaczania polaryzacji napięcia zasilającego.
- napięcie jest mierzone w woltach i ma symbol V dla napięcia lub E dla energii elektrycznej.
- przepływ prądu jest połączeniem przepływu elektronów i przepływu otworów przez obwód.
- prąd jest ciągłym i równomiernym przepływem ładunku wokół obwodu i jest mierzony w amperach lub amperach i ma symbol I.
- prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia (I ∝ v)
- efektywna (RMS) wartość prądu przemiennego ma taką samą średnią stratę mocy, jak prąd stały przepływający przez element rezystancyjny.
- rezystancja jest przeciwieństwem prądu płynącego wokół obwodu.
- niskie wartości rezystancji oznaczają przewód, a wysokie wartości rezystancji oznaczają izolator.
- prąd jest odwrotnie proporcjonalny do rezystancji (I 1 / ∝ r)
- rezystancja jest mierzona w omach i ma Grecki symbol Ω lub literę 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 równanie wyjaśniające zależność między napięciem, prądem i rezystancją w obwodach elektrycznych i jest podstawą elektroniki i elektrotechniki. Prawo Ohma jest zdefiniowane jako: V = I*R.
