Co to jest prąd elektryczny: podstawy

Samouczek prądu elektrycznego zawiera:
Co to jest prąd elektryczny Jednostka prądu – Amper AC & DC

Prąd elektryczny jest jednym z najbardziej podstawowych pojęć, które istnieją w nauce elektrycznej i elektronicznej – prąd elektryczny jest rdzeniem nauki o elektryczności.

Czy jest to grzejnik elektryczny, duży system sieci elektrycznej, telefon komórkowy, komputer, zdalny węzeł czujnikowy czy cokolwiek innego, pojęcie prądu elektrycznego jest kluczowe dla jego działania.

Jednakże prądu jako takiego nie można normalnie zobaczyć, chociaż jego efekty można zobaczyć, usłyszeć i poczuć przez cały czas, a w rezultacie czasami trudno jest uzyskać pogląd na to, czym on naprawdę jest.

Definicja prądu elektrycznego

Wielkość prądu elektrycznego mierzy się w kulombach na sekundę, przy czym powszechnie stosowaną jednostką jest amper lub amper oznaczany literą „A”.

Amper lub amper jest szeroko stosowany w technologii elektrycznej i elektronicznej wraz z mnożnikami takimi jak miliamper (0.001A), mikroamper (0.000001A), i tak dalej.

Przepływ prądu w obwodzie jest zwykle oznaczany literą „I”, a litera ta jest używana w równaniach takich jak prawo Ohma, gdzie V=I⋅R.

Co to jest prąd elektryczny: podstawy

Podstawowym pojęciem prądu jest to, że jest to ruch elektronów w substancji. Elektrony są małymi cząsteczkami, które istnieją jako część struktury molekularnej materiałów. Czasami te elektrony są trzymane ściśle w cząsteczkach, a innym razem są trzymane luźno i są w stanie poruszać się po strukturze stosunkowo swobodnie.

Jednym z bardzo ważnych punktów do odnotowania na temat elektronów jest to, że są one naładowane cząsteczki – niosą ładunek ujemny. Jeśli się poruszają, to porusza się pewna ilość ładunku i to się nazywa prądem.

Warto również zauważyć, że liczba elektronów, które mogą się poruszać reguluje zdolność danej substancji do przewodzenia prądu. Niektóre materiały pozwalają prądowi poruszać się lepiej niż inne.

Ruch elektronów swobodnych jest zwykle bardzo przypadkowy – jest losowy – tyle samo elektronów porusza się w jednym kierunku co w innym i w rezultacie nie ma ogólnego ruchu ładunku.

Jeśli na elektrony działa siła, która porusza je w określonym kierunku, to wszystkie one będą dryfować w tym samym kierunku, choć nadal w nieco przypadkowy sposób, ale istnieje ogólny ruch w jednym kierunku.

Siła, która działa na elektrony nazywana jest siłą elektromotoryczną, lub EMF, a jej wielkością jest napięcie mierzone w woltach.

Aby nieco lepiej zrozumieć, czym jest prąd i jak działa w przewodniku, można go porównać do przepływu wody w rurze. Istnieją ograniczenia tego porównania, ale służy ono jako bardzo podstawowa ilustracja prądu i przepływu prądu.

Prąd może być traktowany jak woda przepływająca przez rurę. Kiedy ciśnienie jest umieszczony na jednym końcu, to zmusza wodę do ruchu w jednym kierunku i przepływu przez rurę. Ilość przepływającej wody jest proporcjonalna do ciśnienia umieszczonego na końcu. Ciśnienie lub siła umieszczona na końcu można porównać do siły elektromotorycznej.

Gdy ciśnienie jest stosowane do rury, lub woda jest dozwolone do przepływu w wyniku otwarcia kranu, a następnie woda płynie praktycznie natychmiast. Tak samo jest z prądem elektrycznym.

Aby uzyskać wyobrażenie o przepływie elektronów, potrzeba 6,24 miliarda, miliarda elektronów na sekundę, aby przepłynąć dla prądu o natężeniu jednego ampera.

Prąd konwencjonalny i przepływ elektronów

Często jest wiele nieporozumień na temat konwencjonalnego przepływu prądu i przepływu elektronów. Na początku może to być trochę mylące, ale tak naprawdę jest to całkiem proste.

Cząstkami przenoszącymi ładunek wzdłuż przewodników są swobodne elektrony. Kierunek pola elektrycznego w obwodzie jest z definicji kierunkiem, w którym dodatnie ładunki testowe są popychane. Zatem te ujemnie naładowane elektrony poruszają się w kierunku przeciwnym do pola elektrycznego.

Wynikało to z faktu, że początkowe badania statycznych i dynamicznych prądów elektrycznych opierały się na tym, co obecnie nazwalibyśmy nośnikami ładunku dodatniego. Oznaczało to, że wczesna konwencja dotycząca kierunku prądu elektrycznego została ustalona jako kierunek, w którym poruszają się ładunki dodatnie. Ta konwencja pozostała i jest używana do dziś.

Podsumowując:

• Konwencjonalny przepływ prądu: Konwencjonalny przepływ prądu odbywa się od zacisku dodatniego do ujemnego i wskazuje kierunek, w którym płynęłyby ładunki dodatnie.
• Przepływ elektronów: Przepływ elektronów odbywa się od zacisku ujemnego do dodatniego. Elektrony są ujemnie naładowane i dlatego są przyciągane do dodatniego terminala, jak niepodobne ładunki przyciągają.

Jest to konwencja, która jest używana globalnie do dnia dzisiejszego, mimo że może wydawać się nieco dziwna i przestarzała.

Szybkość ruchu elektronu lub ładunku

Szybkość przesyłu prądu elektrycznego jest bardzo różna od prędkości rzeczywistego ruchu elektronu. Sam elektron odbija się w przewodniku i prawdopodobnie porusza się wzdłuż przewodnika z prędkością kilku milimetrów na sekundę. Oznacza to, że w przypadku prądu zmiennego, gdzie prąd zmienia kierunek 50 lub 60 razy na sekundę, większość elektronów nigdy nie wydostaje się z przewodnika.

Aby wziąć inny przykład, w bliskiej próżni wewnątrz kineskopu, elektrony poruszają się w liniach prawie prostych z prędkością około jednej dziesiątej prędkości światła.

Efekty prądu

Gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, istnieje szereg oznak, które mówią, że prąd płynie.

• Ciepło jest rozpraszane: Prawdopodobnie najbardziej oczywiste jest to, że generowane jest ciepło. Jeśli prąd jest mały, to ilość generowanego ciepła będzie prawdopodobnie bardzo mała i może nie zostać zauważona. Jednak jeśli prąd jest większy to możliwe, że generowana jest zauważalna ilość ciepła. Ogień elektryczny jest doskonałym przykładem pokazującym jak prąd powoduje wytwarzanie ciepła. Rzeczywista ilość ciepła jest regulowana nie tylko przez natężenie prądu, ale także przez napięcie i opór przewodnika.
• Efekt magnetyczny: Innym efektem, który można zauważyć, jest to, że pole magnetyczne jest zbudowany wokół przewodnika. Jeśli w przewodniku płynie prąd, można to wykryć. Poprzez umieszczenie kompasu w pobliżu przewodu przewodzącego dość duży prąd stały, igła kompasu może być postrzegana jako odchylona. Uwaga to nie będzie działać z sieci, ponieważ pole jest zmienne zbyt szybko, aby igła odpowiedzieć i dwa przewody (żywy i neutralny) blisko siebie w tym samym kablu będzie cancel out the field.
  The pole magnetyczne wytwarzane przez prąd jest umieścić do dobrego wykorzystania w wielu dziedzinach. Poprzez zwijanie drutu w cewkę, efekt ten może być zwiększony, a elektromagnes może być wykonany. Efekt ten wykorzystują przekaźniki i wiele innych urządzeń. Głośniki również wykorzystują zmienny prąd w cewce, aby wywołać drgania w membranie, które umożliwiają przekształcenie prądów elektronicznych w dźwięki.

Jak zmierzyć prąd

Jednym z ważnych aspektów prądu jest znajomość ilości prądu, który może płynąć w przewodniku. Ponieważ prąd elektryczny jest tak kluczowym czynnikiem w obwodach elektrycznych i elektronicznych, wiedza o tym jaki prąd płynie jest bardzo ważna.

Istnieje wiele różnych sposobów pomiaru prądu. Jednym z najłatwiejszych jest użycie multimetru.

Choć istnieją inne metody pomiaru prądu, ta jest najbardziej powszechna.

Prąd jest jednym z najważniejszych i podstawowych elementów w technologii elektrycznej i elektronicznej. Prąd płynący w obwodzie może być wykorzystywany na wiele sposobów, od generowania ciepła do powodowania przełączania obwodów lub przechowywania informacji w układzie scalonym.

Więcej podstawowych pojęć z zakresu elektroniki:
Napięcie Prąd Moc Rezystancja Pojemność Indukcyjność Transformatory Decybel, dB Prawa Kirchoffa Q, współczynnik jakości Szum RF
Powrót do menu Podstawowe pojęcia z zakresu elektroniki . . .