Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Te ładunki najczęściej to elektrony, ale mogą być to także jony. Wyobraź sobie rzekę, gdzie woda płynie w jednym kierunku. Prąd elektryczny jest podobny, tylko zamiast wody mamy elektrony.
Żeby prąd mógł płynąć, potrzebny jest obwód elektryczny. To zamknięta droga dla elektronów. Obwód musi zawierać źródło energii, na przykład baterię, oraz odbiornik energii, na przykład żarówkę. Bez zamkniętego obwodu, elektrony nie mają gdzie płynąć i prąd nie popłynie.
Natężenie prądu elektrycznego (oznaczane literą I) mierzymy w amperach (A). Amper to ilość ładunku, która przepływa przez dany punkt obwodu w ciągu jednej sekundy. Im więcej elektronów przepływa, tym większe natężenie prądu. Duże natężenie prądu może być niebezpieczne, dlatego stosuje się bezpieczniki.
Napięcie elektryczne
Napięcie elektryczne (oznaczane literą U) mierzymy w woltach (V). Napięcie to różnica potencjałów między dwoma punktami obwodu. Wyobraź sobie, że napięcie to "siła", która popycha elektrony w obwodzie. Im wyższe napięcie, tym większa siła popychająca elektrony.
Bateria o napięciu 1.5V popchnie elektrony słabiej niż bateria o napięciu 9V. Wysokie napięcie, tak jak i duże natężenie, może być bardzo niebezpieczne dla ludzi.
Napięcie jest niezbędne do tego, aby prąd mógł płynąć. Bez napięcia, elektrony nie będą miały "motywacji" do ruchu, a obwód nie będzie działał.
Opór elektryczny
Opór elektryczny (oznaczany literą R) mierzymy w omach (Ω). Opór to przeszkoda dla przepływu prądu. Niektóre materiały, jak miedź, mają mały opór i łatwo przewodzą prąd. Nazywamy je przewodnikami. Inne materiały, jak guma, mają duży opór i trudno przewodzą prąd. Nazywamy je izolatorami.
Opór w obwodzie zależy od materiału, z którego wykonany jest przewodnik, jego długości i grubości. Długi i cienki przewodnik ma większy opór niż krótki i gruby przewodnik. Wyobraź sobie, że opór to zwężenie w rurze. Im węższa rura, tym trudniej przepchnąć przez nią wodę.
Rezystory to elementy elektroniczne, które mają określony opór. Używa się ich do kontrolowania przepływu prądu w obwodzie. Na przykład, rezystor może zmniejszyć natężenie prądu płynącego przez diodę LED, aby jej nie spalić.
Prawo Ohma
Prawo Ohma to fundamentalne prawo elektryczności. Mówi ono, że natężenie prądu (I) jest wprost proporcjonalne do napięcia (U) i odwrotnie proporcjonalne do oporu (R). Można to zapisać wzorem: I = U / R.
Z prawa Ohma wynika, że im większe napięcie, tym większe natężenie prądu. Im większy opór, tym mniejsze natężenie prądu. Prawo Ohma pozwala obliczyć natężenie prądu, napięcie lub opór w obwodzie, jeśli znamy dwie pozostałe wartości.
Przykład: Jeśli napięcie w obwodzie wynosi 12V, a opór wynosi 6Ω, to natężenie prądu wynosi I = 12V / 6Ω = 2A.
Praca i moc prądu elektrycznego
Prąd elektryczny może wykonywać pracę. Na przykład, prąd przepływający przez żarówkę powoduje, że żarówka świeci. Prąd przepływający przez silnik elektryczny powoduje, że silnik się obraca. Praca prądu elektrycznego (W) to ilość energii elektrycznej, która została zamieniona na inną formę energii, na przykład na ciepło, światło lub energię mechaniczną.
Moc prądu elektrycznego (P) to ilość pracy wykonanej przez prąd w jednostce czasu. Moc mierzymy w watach (W). Moc można obliczyć ze wzoru: P = U * I, gdzie U to napięcie, a I to natężenie prądu. Im większa moc, tym więcej energii zużywa urządzenie elektryczne.
Przykład: Żarówka o napięciu 230V i natężeniu 0.2A ma moc P = 230V * 0.2A = 46W. Oznacza to, że żarówka zużywa 46 dżuli energii na sekundę.
Rodzaje obwodów elektrycznych
Obwód szeregowy: W obwodzie szeregowym, elementy są połączone jeden za drugim. Prąd przepływa przez wszystkie elementy po kolei. Jeśli jeden element się zepsuje, cały obwód przestanie działać. Wyobraź sobie sznur światełek choinkowych – jeśli jedna żarówka się przepali, wszystkie przestaną świecić.
Obwód równoległy: W obwodzie równoległym, elementy są połączone obok siebie. Prąd ma kilka dróg do przepłynięcia. Jeśli jeden element się zepsuje, pozostałe elementy nadal będą działać. Wyobraź sobie instalację elektryczną w domu – jeśli jedna żarówka się przepali, pozostałe światła nadal będą świecić.
W obwodach mieszanych mamy połączenie szeregowe i równoległe. Analiza takiego obwodu jest bardziej skomplikowana, ale zasady są te same: prąd płynie tam, gdzie ma najmniejszy opór, a napięcie rozkłada się na poszczególne elementy w zależności od ich oporu.
Bezpieczeństwo
Prąd elektryczny może być bardzo niebezpieczny. Należy przestrzegać zasad bezpieczeństwa podczas pracy z elektrycznością. Nigdy nie dotykaj odkrytych przewodów pod napięciem!
Używaj tylko sprawnych urządzeń elektrycznych. Nie przeciążaj obwodów. W przypadku zwarcia, prąd elektryczny może spowodować pożar. Stosuj bezpieczniki, aby chronić instalację elektryczną przed przeciążeniem i zwarciem.
Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości, skonsultuj się z elektrykiem. Profesjonalista może bezpiecznie i skutecznie naprawić lub zainstalować instalację elektryczną.
