alla material består av atomer, och alla atomer består av protoner, neutroner och elektroner. Protoner, har en positiv elektrisk laddning. Neutroner har ingen elektrisk laddning (det vill säga de är neutrala), medan elektroner har en negativ elektrisk laddning. Atomer binds samman av kraftfulla attraktionskrafter som finns mellan atomkärnan och elektronerna i dess yttre skal.
När dessa protoner, neutroner och elektroner är tillsammans i atomen är de glada och stabila. Men om vi skiljer dem från varandra vill de reformera och börja utöva en potential för attraktion som kallas en potentiell skillnad.
Nu om vi skapar en sluten krets kommer dessa lösa elektroner att börja röra sig och driva tillbaka till protonerna på grund av deras attraktion som skapar ett flöde av elektroner. Detta flöde av elektroner kallas en elektrisk ström. Elektronerna flyter inte fritt genom kretsen eftersom materialet de rör sig genom skapar en begränsning av elektronflödet. Denna begränsning kallas motstånd.
då består alla grundläggande elektriska eller elektroniska kretsar av tre separata men mycket relaterade elektriska kvantiteter som kallas: Spänning, (v), Ström, (i) och resistans, (kub).
elektrisk spänning
Spänning, (V) är den potentiella energin hos en elektrisk tillförsel lagrad i form av en elektrisk laddning. Spänning kan betraktas som den kraft som skjuter elektroner genom en ledare och ju större spänning desto större är dess förmåga att ”driva” elektronerna genom en given krets. Eftersom energi har förmågan att göra arbete kan denna potentiella energi beskrivas som det arbete som krävs i joule för att flytta elektroner i form av en elektrisk ström runt en krets från en punkt eller nod till en annan.
då är skillnaden i spänning mellan två punkter, anslutningar eller korsningar (kallade noder) i en krets känd som potentialskillnaden ( PD ) som vanligtvis kallas spänningsfallet.
potentialskillnaden mellan två punkter mäts i volt med kretssymbolen V, eller små bokstäver ”v”, även om energi, e små bokstäver” e ” ibland används för att indikera en genererad emf (elektromotorisk kraft). Ju större spänning, desto större är trycket (eller tryckkraften) och desto större är kapaciteten att göra arbete.
en konstant spänningskälla kallas en likspänning med en spänning som varierar periodiskt med tiden kallas en växelspänning. Spänning mäts i volt, med en volt definieras som det elektriska trycket som krävs för att tvinga en elektrisk ström av en ampere genom ett motstånd av en Ohm. Spänningar uttrycks vanligtvis i volt med prefix som används för att beteckna delmultiplar av spänningen, såsom mikrovolter ( audv = 10-6 V), millivolter ( mV = 10-3 V ) eller kilovolt ( kV = 103 V ). Spänningen kan vara antingen positiv eller negativ.
batterier eller nätaggregat används oftast för att producera en stadig DC (likström) spänningskälla som 5v, 12V, 24V etc i elektroniska kretsar och system. Medan A. C. (växelström) spänningskällor är tillgängliga för hus och industriell kraft och belysning samt kraftöverföring. Nätspänningen i Storbritannien är för närvarande 230 volt a.c. och 110 volt a.c. i USA.
allmänna elektroniska kretsar arbetar med lågspännings DC-batteritillförsel på mellan 1,5 V och 24V dc kretssymbolen för en konstant spänningskälla som vanligtvis ges som en batterisymbol med ett positivt, + och negativt, – tecken som indikerar polaritetens riktning. Kretssymbolen för en växelspänningskälla är en cirkel med en sinusvåg inuti.
Spänningssymboler
ett enkelt förhållande kan göras mellan en tank med vatten och en spänningsförsörjning. Ju högre vattentanken ovanför utloppet desto större är vattentrycket när mer energi släpps, desto högre spänning desto större är den potentiella energin när fler elektroner släpps.
spänning mäts alltid som skillnaden mellan två punkter i en krets och spänningen mellan dessa två punkter kallas vanligtvis ”spänningsfallet”. Observera att spänning kan existera över en krets utan ström, men ström kan inte existera utan spänning och som sådan någon spänningskälla om DC eller AC gillar en öppen eller halvöppen krets tillstånd men hatar någon kortslutning tillstånd eftersom detta kan förstöra den.
elektrisk ström
elektrisk ström, ( i ) är rörelsen eller flödet av elektrisk laddning och mäts i ampere, symbol i, för intensitet). Det är det kontinuerliga och enhetliga flödet (kallad drift) av elektroner (de negativa partiklarna i en atom) runt en krets som ”skjuts” av spänningskällan. I verkligheten strömmar elektroner från den negativa (–ve) terminalen till den positiva (+ve) terminalen på tillförseln och för att underlätta kretsförståelsen förutsätter konventionellt strömflöde att strömmen flyter från den positiva till den negativa terminalen.
generellt i kretsscheman har strömflödet genom kretsen vanligtvis en pil associerad med symbolen, I eller gemener i för att indikera den faktiska riktningen för det aktuella flödet. Denna pil indikerar emellertid vanligtvis riktningen för konventionellt strömflöde och inte nödvändigtvis riktningen för det faktiska flödet.
konventionellt strömflöde
konventionellt är detta flödet av positiv laddning runt en krets, som är positiv till negativ. Diagrammet till vänster visar rörelsen för den positiva laddningen (hål) runt en sluten krets som strömmar från batteriets positiva terminal, genom kretsen och återgår till batteriets negativa terminal. Detta flöde av ström från positivt till negativt är allmänt känt som konventionellt strömflöde.
detta var den konvention som valdes under upptäckten av el i vilken riktningen för elektrisk ström ansågs strömma i en krets. För att fortsätta med denna tankegång, i alla kretsscheman och scheman, pekar pilarna som visas på symboler för komponenter som dioder och transistorer i riktning mot konventionellt strömflöde.då ger konventionellt strömflöde flödet av elektrisk ström från positiv till negativ och som är motsatt i riktning mot det faktiska flödet av elektroner.
elektronflöde
flödet av elektroner runt kretsen är motsatt riktningen för det konventionella strömflödet är negativt till positivt.Den faktiska strömmen som strömmar i en elektrisk krets består av elektroner som strömmar från batteriets negativa pol (katoden) och återgår tillbaka till batteriets positiva pol (anoden).
detta beror på att laddningen på en elektron är negativ per definition och så lockas till den positiva terminalen. Detta flöde av elektroner kallas Elektronströmflöde. Därför strömmar elektroner faktiskt runt en krets från den negativa terminalen till den positiva.
både konventionellt strömflöde och elektronflöde används av många läroböcker. I själva verket gör det ingen skillnad vilket sätt strömmen strömmar runt kretsen så länge riktningen används konsekvent. Strömflödesriktningen påverkar inte vad strömmen gör inom kretsen. Generellt är det mycket lättare att förstå det konventionella strömflödet – positivt till negativt.
i elektroniska kretsar är en strömkälla ett kretselement som ger en viss mängd ström till exempel 1A, 5A 10 ampere etc, med kretssymbolen för en konstant strömkälla som ges som en cirkel med en pil inuti som indikerar dess riktning.
ström mäts i ampere och en amp eller ampere definieras som antalet elektroner eller laddning (Q i Coulombs) som passerar en viss punkt i kretsen på en sekund (t i sekunder).
elektrisk ström uttrycks vanligtvis i ampere med prefix som används för att beteckna mikroförstärkare ( Cuba = 10-6A ) eller milliamp ( mA = 10-3a ). Observera att elektrisk ström kan vara antingen positiv i värde eller negativ i värde beroende på dess flödesriktning runt kretsen.
ström som flyter i en enda riktning kallas likström eller DC. och ström som växlar fram och tillbaka genom kretsen är känd som växelström eller A. C.. Huruvida AC-eller DC-ström endast strömmar genom en krets när en spänningskälla är ansluten till den med dess ”flöde” begränsat till både kretsens motstånd och spänningskällan som trycker på den.
också, som alternerande strömmar (och spänningar) är periodiska och varierar med tiden det ”effektiva” eller ”RMS”, (Root Mean Squared) värdet som ges som Irms ger samma genomsnittliga effektförlust som motsvarar en likström Iaverage . Strömkällor är motsatsen till spänningskällor genom att de gillar korta eller slutna kretsförhållanden men hatar öppna kretsförhållanden eftersom ingen ström kommer att flöda.
med hjälp av vattentankens förhållande motsvarar strömmen flödet av vatten genom röret med flödet som är detsamma genom hela röret. Ju snabbare flödet av vatten desto större ström. Observera att strömmen inte kan existera utan spänning så någon strömkälla om DC eller AC gillar en kort eller halv kortslutning tillstånd men hatar någon öppen krets tillstånd eftersom detta hindrar den från att flöda.
Resistance
Resistance, (R) är kapaciteten hos ett material att motstå eller förhindra strömflödet eller, mer specifikt, flödet av elektrisk laddning inom en krets. Kretselementet som gör detta perfekt kallas ”motståndet”.
Resistance är ett kretselement uppmätt i Ohm, grekisk symbol ( Xiaomi, Omega ) med prefix som används för att beteckna Kilo-ohm ( k = 103 ) och Mega-ohm (m = 106 ). Observera att motståndet inte kan vara negativt i värde endast positivt.
Motståndssymboler
mängden motstånd som ett motstånd har bestäms av förhållandet mellan strömmen genom den och spänningen över den som avgör om kretselementet är en ”bra ledare” – låg resistans eller en ”dålig ledare” – högt motstånd. Låg resistans, till exempel 1 eller mindre innebär att kretsen är en bra ledare Tillverkad av material som koppar, aluminium eller kol medan en hög resistans, 1 M eller mer innebär att kretsen är en dålig ledare Tillverkad av isoleringsmaterial som glas, porslin eller plast.
en ”halvledare” å andra sidan, såsom kisel eller germanium, är ett material vars motstånd är halvvägs mellan en bra ledare och en bra isolator. Därför namnet”halvledare”. Halvledare används för att göra dioder och transistorer etc.
motstånd kan vara linjärt eller icke-linjärt, men aldrig negativt. Linjärt motstånd lyder Ohms lag eftersom spänningen över motståndet är linjärt proportionell mot strömmen genom den. Icke-linjärt motstånd, följer inte Ohms lag men har ett spänningsfall över det som är proportionellt mot strömmen av strömmen.
motståndet är rent och påverkas inte av frekvensen med AC-impedansen hos ett motstånd som är lika med dess DC-motstånd och som ett resultat kan det inte vara negativt. Kom ihåg att motståndet alltid är positivt och aldrig negativt.
ett motstånd klassas som ett passivt kretselement och kan som sådant inte leverera ström eller lagra energi. Istället motstånd absorberad kraft som visas som värme och ljus. Effekt i ett motstånd är alltid positivt oavsett spänningspolaritet och strömriktning.
För mycket låga resistansvärden, till exempel milli-ohm, (m kub ) är det ibland mycket lättare att använda det ömsesidiga motståndet ( 1/R ) snarare än motståndet ( R ) själv. Det ömsesidiga motståndet kallas konduktans, symbol (G) och representerar förmågan hos en ledare eller enhet att leda elektricitet.
med andra ord hur lätt strömmen flyter. Höga värden på konduktans innebär en bra ledare som koppar medan låga värden på konduktans innebär en dålig ledare som trä. Standardenheten för mätning som ges för konduktans är Siemen, symbol (er).
den enhet som används för konduktans är MHO (ohm stavat bakåt), som symboliseras av ett inverterat ohm-tecken. Effekt kan också uttryckas med konduktans som: p = I2 / G = v2G.
förhållandet mellan Spänning, (v ) och ström, ( i ) i en krets med konstant motstånd, ( R) skulle producera en rak linje i-v förhållande med lutning lika med resistansvärdet som visas.
spänning, ström och motstånd sammanfattning
förhoppningsvis nu bör du ha en uppfattning om hur elektrisk spänning, ström och motstånd är nära besläktade tillsammans. Förhållandet mellan spänning, ström och motstånd utgör grunden för Ohms lag. I en linjär krets med fast motstånd, om vi ökar spänningen, går strömmen upp, och på samma sätt, om vi minskar spänningen, går strömmen ner. Detta innebär att om spänningen är hög är strömmen hög och om spänningen är låg är strömmen låg.
På samma sätt, om vi ökar motståndet, går strömmen ner för en given spänning och om vi minskar motståndet går strömmen upp. Vilket innebär att om motståndet är högt är strömmen låg och om motståndet är lågt är strömmen hög.
då kan vi se att strömflödet runt en krets är direkt proportionellt ( kub ) till spänning, (V orsakar I ) men omvänt proportionellt ( 1/ kub ) till motstånd som, (r orsakar i kub ).
en grundläggande sammanfattning av de tre enheterna ges nedan.
- spänning eller potentialskillnad är måttet på potentiell energi mellan två punkter i en krets och kallas vanligtvis dess ” voltfall ”.
- när en spänningskälla är ansluten till en sluten krets kommer spänningen att producera en ström som strömmar runt kretsen.
- i LIKSPÄNNINGSKÄLLOR används symbolerna + ve (positiv) och −ve (negativ) för att beteckna Spänningsförsörjningens polaritet.
- spänning mäts i volt och har symbolen V för spänning eller E för elektrisk energi.
- strömflöde är en kombination av elektronflöde och hålflöde genom en krets.
- ström är det kontinuerliga och enhetliga laddningsflödet runt kretsen och mäts i ampere eller ampere och har symbolen I.
- ström är direkt proportionell mot spänning (i kubi V)
- det effektiva (rms) värdet på en växelström har samma genomsnittliga effektförlust som motsvarar en likström som strömmar genom ett resistivt element.
- motstånd är motståndet mot ström som strömmar runt en krets.
- låga resistansvärden innebär en ledare och höga resistansvärden innebär en isolator.
- ström är omvänt proportionell mot resistans (i 1 / r)
- resistans mäts i ohm och har den grekiska symbolen eller bokstaven 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 ekvation som förklarar förhållandet mellan spänning, ström och motstånd inom elektriska kretsar och är grunden för elektronik och elektroteknik. Ohms lag definieras som: V = i * R.
