Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
IGE-XAOIGE-XAO
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Co to jest napięcie, co to jest prąd oraz moc. Prawo Ohma.

stabilizator 09 Feb 2020 12:09 1593 4
  • Napięcie, prąd, moc – co to za wielkości i co je wiąże?

    Mógłbym w tym miejscu zacytować encyklopedię i iść do domu, przecież to sama prawda. Tak, ale zrozumiała tylko dla tych, którzy już wiedzą, o co w tym chodzi.

    Napięcie – wyrażane jest w woltach, jednostka [V] (nie [v] czy [volt]). Wyobraźmy sobie dwa wrogo nastawione do siebie psy, trzymane na smyczach przez swoich właścicieli. Te psy to grupy ładunków elektrycznych, a siła, z jaką ciągną, to właśnie napięcie. Im większa jest siła oddziaływania między nimi, tym – przez analogię – większe jest napięcie. Dlatego mówienie o napięciu w jednym tylko punkcie nie ma sensu – zawsze się je definiuje między dwoma punktami.

    Analogicznie: wysokość wzgórz podajemy nad poziomem morza (czyli miarka jest rozciągnięta między taflą wody morskiej a szczytem góry) lub względem innego punktu, np. miasta położonego u jej podnóża. W obu wypadkach to jest ta sama góra, ale inaczej zmierzona. Tak samo jest z napięciem: zmierzone względem jednego punktu w układzie będzie miało jedną wartość, a względem drugiego inną. Dlatego elektronicy przyjęli istnienie w układach elektroniczych tzw. masy, czyli punktu, względem którego mierzymy wszystkie napięcia – a jeżeli robimy inaczej, trzeba to dokładnie zaznaczyć. Mierzymy je woltomierzem, włączanym równolegle do obwodu względem źródła napięcia.
    Napięcie może istnieć „samo z siebie”. Kupujemy w kiosku bateryjkę o napięciu 1,5V i ona, między swoimi zaciskami, ma napięcie zbliżone do nominalnego. Jeżeli zostawimy ją w szafce, to po kilku dniach, miesiącach a nawet latach nadal na stykach baterii będzie obecne napięcie. Z czasem napięcie zmaleje, wskutek procesów chemicznych, jakie zajdą we wnętrzu ogniwa.

    Prąd – jego natężenie podajemy w amperach, jednostka [A] (nie [a] czy [Amp]). Jest skutkiem istnienia napięcia: jak już te dwie grupy ładunków mogą ze sobą oddziaływać, bo np. powstała między nimi droga, to natężenie prądu opisuje, jak szybko to robią. Dokładniej, natężenie prądu elektrycznego to liczba ładunków przepływających w ciągu sekundy. Nikt jednak nie liczy pojedynczych elektronów (są jednak dosyć małe), fizycy wymyślili kilka metod, które to ułatwiają.

    Prąd określamy w jednym punkcie obwodu: w przewodzie, rezystorze, akumulatorze itd. Mierzymy go amperomierzem, włączanym w szereg w obwodzie – na czas pomiaru „imituje” kawałek przewodu (imituje gdyż amperomierz również posiada niezerową rezystancję co czasami należy uwzględnić).

    Prąd i napięcie łączy między sobą prawo Ohma, które prowadza jeszcze jeden element – rezystancję. To właśnie rezystancja jest drogą, która umożliwia grupom ładunków przejście z jednej strony na drugą. Im jest ona większa, tym węższa jest ta droga, więc przepływ zachodzi wolniej (mniejsze natężenie prądu). Jednostką rezystancji jest om [Ω]

    Przy obliczeniach zmienną napięcia określamy zwykle jako U, zmienną prądu jako I, natomiast rezystancję jako R.
    Jeżeli chcemy wyrazić zależności między tymi zmiennymi skorzystamy z prawa Ohma czyli:
    U = I * R

    Przykładowo na rezystorze 100Ω przez który płynie prąd 0.1A pojawi się spadek napięcia:
    0.1A * 100Ω = 10V

    Moc prądu elektrycznego wyrażamy w watach (nie wattach), jednostką jest [W] (nie [w] czy [Watt]). Aby objaśnić, co to jest, odwołam się do fizycznej definicji: praca wykonana w jednostce czasu. Czyli można ją traktować jako tempo przepływu energii, która jest oddawana do układu przez źródła lub pobierana z niego przez odbiorniki. Kluczowe jest słowo „w jednostce czasu”. Dzięki niemu, niektóre elementy zabezpieczające są w stanie przenosić moce rzędu dziesiątek kilowatów (tyle, ile pobiera silnik podczas ciężkiego rozruchu), ale dzieje się to przez np. tylko kilka mikrosekund. Energia w tym czasie wydzielona jest tak mała, że obudowa tego elementu nawet nie zrobi się znacząco ciepła.

    W obliczeniach zmienna dla mocy określana jest zwykle jako P. Możemy związać moc w obwodach elektrycznych z napięciem i prądem.
    P = U * I

    Korzystając z prawa Ohma możemy łatwo przekształcić wzór na zależność od prądu i rezystancji:
    P= I² * R

    Czyli przykładowo na rezystorze 100Ω przez który płynie prąd 0.1A wydzieli się moc (w postaci ciepła):
    0,1A*0,1A*100Ω=1W

    Przekształcając wzory możecie obliczyć jaki prąd płynie przez włókno samochodowej żarówki 12V 55W, lub jaka jest rezystancja rozgrzanego włókna żarówki ( wstrząsoodpornej :) ) 100W 230V.

    Na domowych licznikach energii elektrycznej znajdziecie napis kWh, czyli kilowatogodzina, teraz już wiecie, że aby zużyć energię 1kWh potrzebna jest praca odbiornika o mocy 1000W (1kW) przez godzinę, lub np. żarówki 100W przez 10 godzin.

    Podobnie na akumulatorach lub bateriach znajdziecie napis np. 55Ah czyli teoretycznie pojemność naładowanego akumulatora pozwala pobierać np. prąd 1A przez 55 godzin, lub napis na baterii lub akumulatorze 3Wh oznacza, że teoretycznie np. moc 3W możemy odbierać przez godzinę z "pełnej" baterii lub akumulatora.

    Jest to pierwszy odcinek z cyklu materiałów o podstawach elektroniki.
    Napiszcie co o tym myślicie. Jakie tematy chcielibyście zobaczyć w kolejnych edycjach?
    Moje zdanie jest takie, że niezależnie od stopnia zaawansowania zawsze można wyciągnąć z takich podstawowych materiałów coś dla siebie, lub pomóc innym w odpowiedzi na nurtujące ich pytania.


    Autor: Michał Kurzela / Futrzaczek

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    stabilizator
    Editor
    Offline 
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #2
    Marian B
    Level 36  
    stabilizator wrote:
    Napięcie, prąd, moc – co to za wielkości i co je wiąże?

    Bardzo pomocna i szybciej trafia do "nie wprawionych" głów analogia "wodna". Wysokość na której jest zbiornik, różnica poziomów płynu w zbiorniku, w rurze, przekrój tej rury, szybkość przepływu danej objętości przez przekrój , itp.
    Fizyka jest jednakowa dla wszystkiego co istnieje. Tłumaczenie pojęć abstrakcyjnych za pomocą analogii do rzeczy namacalnych szybciej trafia. Sprawdziłem to na kilku małolatach gdy trzeba było "pomagać" w szkole.

    To samo i z matematyką. Proste działania matematyczne na abstrakcyjnych liczbach zawsze sprawiają trudność. Ale te same działania na cukierkach, albo słodkich bułeczkach już nie.
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #4
    stabilizator
    Editor
    Dziękuję za odpowiedzi,
    tak analogie i przykłady są dobrym rozwiązaniem.

    Jest plan na cykl materiałów o podstawach elektroniki,
    osób opracowujących materiały jest więcej: https://www.elektroda.pl/rtvforum/support.php co daje szansę na pojawianie się ciekawych rzeczy z różnych obszarów elektroniki.
  • #5
    suworow
    Admin of Property security
    Ja swoją cegiełkę dorzuciłem:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=18121504#18121504
    Imekxus wrote:
    Już kiedyś tu takie coś było (co w sumie nie powinno dziwić), skończyło się po 5 odcinkach (ostatni o tranzystorach):
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2644589.html
    Zobaczymy jak daleko Ty zajdziesz :D

    Zajdziemy :) A kolega nie chce się przyłączyć?