Prąd elektryczny 1/37

Transkrypt

1 Prąd elektryczny 1/37

2 Prąd elektryczny Prądem elektrycznym w przewodniku metalowym nazywamy uporządkowany ruch elektronów swobodnych pod wpływem sił pola elektrycznego. Prąd elektryczny może również płynąć w niektórych cieczach (elektrolity) i zjonizowanych gazach. 2/37

3 Skutki przepływu prądu elektrycznego Skutkami przepływu prądu mogą być m. in.: - świetlne (świecenie żarówki) - cieplne (wzrost temperatury przewodnika, włókna żarówki, itp.) - magnetyczne (wychylenie igły magnetycznej) - praca (wykonanie pracy mechanicznej przez dowolne maszyny i urządzenia) 3/37

4 Przemiany energii Praca wykonana przez nas podczas elektryzowania elektroskopu. Praca sił pola elektrostatycznego przy przesuwaniu i rozpędzaniu swobodnych elektronów. Wzrost energii wewnętrznej przewodu objawiający się wzrostem temperatury, czasem aż do jego świecenia. W = W = E zewn sił pola w 4/37

5 Napięcie elektryczne Aby w przewodniku płynął prąd elektryczny musi istnieć napięcie między końcami przewodnika. Napięcie między dwoma punktami przewodnika informuje nas o tym, jaką pracę wykonują siły elektryczne przy przenoszeniu ładunku jednostkowego (1 C) między tymi punktami. 5/37

6 Napięcie elektryczne Napięcie U AB między dwoma punktami przewodnika równe jest ilorazowi pracy W A B (wykonanej przez siły pola elektrostatycznego podczas przemieszczania ładunku elektrycznego q między tymi punktami) i wartości tego ładunku. Jednostką napięcia jest wolt ( V ). 6/37

7 Praca prądu elektrycznego Po przekształceniu: Im większe jest napięcie tym większa praca zostanie wykonana (U to W ). 7/37

8 Pomiar napięcia Przyrządem do pomiaru napięcia elektrycznego jest woltomierz. 8/37

9 Podłączenie woltomierza Dodatni zacisk woltomierza łączymy z dodatnim biegunem baterii, a ujemny zacisk z ujemnym biegunem /37

10 Elementy obwodu elektrycznego Źródło prądu W skład obwodu elektrycznego wchodzą: Odbiornik - źródło prądu w którym zgromadzona jest energia elektryczna, - odbiorniki w których przepływ prądu powoduje wykonanie pracy, - przewody łączą źródło z odbiornikami, - inne elementy np. wyłącznik, przyrządy pomiarowe. 10/37

11 Źródła prądu Każde źródło prądu posiada dwa bieguny (zaciski): - biegun dodatni (+), na którym przeważa ładunek elektryczny dodatni - biegun dodatni (-), na którym przeważa ładunek elektryczny ujemny 11/37

12 Źródła prądu Najczęściej stosowane źródła prądu to: - źródła elektrochemiczne (akumulatory, ogniwa galwaniczne, baterie) wytwarzają energię elektryczną kosztem energii chemicznej - źródła elektromechaniczne (prądnice) wytwarzają energię elektryczną kosztem energii mechanicznej 12/37

13 Schemat elektryczny Graficznym obrazem obwodu elektrycznego jest schemat elektryczny, na którym poszczególne elementy obwodu przedstawia się za pomocą umownych symboli. 13/37

14 Schemat elektryczny - symbole 14/37

15 Schemat elektryczny - przykłady Przykładowy schemat obwodu elektrycznego zawierający źródło prądu, żarówkę i wyłącznik. 15/37

16 Kierunek prądu elektrycznego Na schematach elektrycznych przedstawia się tzw. Umowny kierunek prądu, który jest przeciwny do kierunku ruchu elektronów swobodnych w przewodniku. Kierunek ruchu elektronów Umowny kierunek prądu 16/37

17 Natężenie prądu Natężenie prądu informuje nas, jak duży ładunek elektryczny przepływa w czasie 1 s przez przekrój poprzeczny przewodnika w dowolnym miejscu obwodu. I natężenie prądu q przepływający ładunek t - czas 17/37

18 Jednostka natężenia Jednostką natężenia prądu jest amper [A]. 18/37

19 Pomiar natężenia prądu Do pomiaru natężenia prądu służy amperomierz. 19/37

20 Podłączenie amperomierza Dodatni zacisk amperomierza łączymy z dodatnim biegunem baterii, a ujemny zacisk z ujemnym biegunem /37

21 Mierniki na schemacie Schemat obwodu zawierającego żarówkę, amperomierz i woltomierz /37

22 1 C jeden kolumb Jednostka ładunku q = I t Amperosekunda ładunek przepływający w czasie 1 s gdy przez przewodnik płynie prąd o natężeniu 1 A. 1 As = 1 A 1 s = 1 C Amperogodzina ładunek przepływający w czasie 1 h gdy przez przewodnik płynie prąd o natężeniu 1 A. 1 Ah = 1 A 1 h = 1 A 3600 s = 3600 As = 3600 C 22/37

23 Prawo Ohma Prawo Ohma Natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego między jego końcami. I ~ U 23/37

24 Opór elektryczny Jeśli I ~ U to Stały dla danego przewodnika iloraz napięcia między jego końcami i natężenia prądu I w nim płynącego nazywamy oporem elektrycznym R. 24/37

25 Jednostka oporu Jednostką oporu elektrycznego jest om [ ] 25/37

26 Połączenia odbiorników energii Połączenie równoległe Połączenie szeregowe 26/37

27 Połączenia odbiorników energii Odbiorniki mogą być połączone ze sobą szeregowo lub równolegle. Odbiornikiem zastępczym nazywamy taki odbiornik, którego włączenie do źródła prądu w miejsce kilku odbiorników, nie zmienia natężenia prądu płynącego w obwodzie. 27/37

28 Połączenie szeregowe 28/37

29 Połączenie szeregowe 29/37

30 Połączenie szeregowe W połączeniu szeregowym: - natężenia prądów płynących przez odbiorniki są takie same I 1 = I 2 = const - suma napięć na odbiornikach jest równa napięciu na źródle prądu U = U 1 + U 2 - opór zastępczy jest równy sumie oporów poszczególnych odbiorników R = R 1 + R 2 30/37

31 Połączenie równoległe 31/37

32 Połączenie równoległe 32/37

33 Połączenie szeregowe W połączeniu szeregowym: - suma natężeń prądów płynących przez odbiorniki równa jest natężeniu prądu wypływającego ze źródła (pierwsze prawo Kirchhoffa) I = I 1 + I 2 - napięcia na odbiornikach są takie same jak na napięciu źródła U = U 1 = U 2 - odwrotność oporu zastępczego jest równa sumie odwrotności oporów poszczególnych odbiorników R R 1 R 2 33/37

34 Praca prądu elektrycznego Praca prądu elektrycznego w danym odbiorniku równa jest iloczynowi napięcia między jego końcami (U), natężenia prądu (I) w nim płynącego i czasu przepływu prądu (t). 34/37

35 Jednostka pracy prądu Jednostką pracy prądu jest dżul [1 J], zwany też watosekundą [1 Ws] lub kilowatogodzina [1 kwh]. 1 J = 1 V 1 A 1 s = 1 W 1 s = 1 Ws 1 kwh = W 1 h = W 3600 s = = Ws = J = 3,6 MJ 35/37

36 Moc odbiornika Moc jest równa ilorazowi pracy prądu (W) i czasu (t) wykonania tej pracy. Moc odbiornika jest równa iloczynowi napięcia (U) między jego zaciskami i natężenia prądu (I) płynącego przez ten odbiornik. 36/37

37 Jednostka mocy Jednostką mocy prądu jest wat [1 W]. 1 W = 1 V 1 A 37/37