Prąd elektryczny

Praca i moc prądu elektrycznego oraz prawo Jule'a-Lenza

Prawo indukcji Faraday’a

Jeśli zmiana strumienia magnetycznego ΔΦ B objętego obwodem elektrycznym zachodzi w czasie Δt , to w obwodzie tym powstaje siła elektromotorycznej indukcji ε ind , która jest równa: Znak minus w tym wzorze wynika z reguły Lentza , która mówi, że kierunek przepływu prądu indukcyjnego jest taki, iż pole magnetyczne tego prądu przeciwstawia się zmianie strumienia indukcji.

Kondensatory

Kondensator to element konstrukcyjny urządzeń elektrycznych i elektronicznych, służący do gromadzenia ładunku elektrycznego oraz energii elektrycznej. Kondensator płaski złożony jest z dwóch równoległych płytek metalowych nazywanych okładkami. Okładki kondensatora znajdują się w niewielkiej odległości od siebie i są oddzielone warstwą izolatora. Izolatorem może być np. powietrze, próżnia, szkło, mika, papier, plastik.

Prawo Ohma dla przewodników

Prawo Ohma mówi, że w stałej temperaturze stosunek napięcia na danym odcinku przewodnika do natężenia prądu, jaki w tym odcinku płynie jest wielkością stałą, charakteryzującą ten przewodniki równą jego oporowi. co można zapisać w postaci: Odwrotność oporu, który ma dla danego opornika wartość stałą, jest tutaj współczynnikiem kierunkowym. Wykres zależności natężenia prądu od napięcia nazywamy charakterystyką prądowo-napięciową . Dla przewodników jest ona liniowa:

Prawo Gaussa dla magnetyzmu

Prawo Gaussa dla magnetyzmu, które mówi, że pole magnetyczne jest polem bez źródłowym, czyli że strumień indukcji magnetycznej przez dowolną płaszczyznę zamkniętą jest równy zero: Φ B = 0.

Prąd elektryczny

Prawa Kirchoffa

Strumień indukcji magnetycznej

Strumieniem indukcji magnetycznej przechodzącym przez płaską powierzchnię o polu S znajdującą się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B nazywamy wielkość określoną wzorem: gdzie: B – wektor indukcji pola magnetycznego, S – wektor prostopadły do powierzchnio wartości równej polu tej powierzchni, α – kąt pomiędzy wektorami S i B . Jednostką strumienia indukcji magnetycznej jest weber [Wb]. Strumień indukcji magnetycznej ma wartość jednego webera, jeśli...

Napięcie skuteczne prądu przemiennego

Napięcie skuteczne na zaciskach określonego odcinka obwodu, przez który płynie prąd przemienny, jest równe wartości napięcia na zaciskach tego samego odcinka obwodu, gdy płynie przez niego prąd stały, który powoduje wydzielenie się tej samej ilości energii, co prąd przemienny w tym samym czasie. Dla napięcia sinusoidalnie zmiennego wielkość ta wyraża się wzorem:

Transformator

Transformator jest urządzeniem umożliwiającym zmianę napięcia przemiennego z wyższego na niższe lub odwrotnie. Transformator składa się z: uzwojenia pierwotnego podłączonego do źródła napięcia,którego wartość chcemy zmienić, uzwojenia wtórnego, na którym napięcie ma zmienioną wartość, rdzenia ferromagnetycznego, w którym powstaje okresowo zmienny strumień indukcji magnetycznej na skutek przepływu prądu zmiennego przez uzwojenie pierwotne. Napięcia i prądy w uzwojeniu...

Prawo Jule’a-Lenza

Prawo Jule’a-Lenza mówi, że ciepło wydzielone na odcinku przewodnika o oporze R , przez który płynie prąd o natężeniu I w czasie t , jest równe pracy prądu elektrycznego wykonanej w tym samym czasie na tym odcinku przewodnika: Q = W . Jeżeli U jest napięciem na końcach odcinka przewodnika, to wzór na ciepło ma następującą postać: Q = U ⋅ I⋅ t .

Napięcie sinusoidalnie zmienne

Napięcie sinusoidalnie zmienne jest sinusoidalną funkcją czasu w postaci: Napięcie na końcach opornika, przez który płynie prąd sinusoidalnie zmienny, będzie również sinusoidalnie zmienne i będzie miało tę samą częstotliwość oraz fazę początkową co natężenie.

Natężenie skuteczne prądu przemiennego

Natężenie skuteczne prądu przemiennego jest równe wartości natężenia prądu stałego, który spowodowałby wydzielenie tej samej ilości energii, co prąd przemienny w tym samym obwodzie i w tym samym czasie. Dla prądu sinusoidalnie zmiennego wielkość ta wyraża się wzorem: gdzie I 0 – amplituda prądu sinusoidalnie zmiennego.

Prąd przemienny

Prąd przemienny to taki prąd, który okresowo zmienia kierunek, a jego natężenie jest okresową funkcją czasu. Podstawowym przykładem prądu przemiennego jest prąd sinusoidalnie zmienny, dla którego zależność natężenia od czasu ma następującą postać: gdzie: I 0 to maksymalna wartość, jaką przyjmuje natężenie prądu (amplituda), ω to częstość kołowa równa częstotliwości zmian natężenia pomnożonej przez 2π (ω=2π⋅f ), ϕ to faza początkowa, w chwili t = 0 s.

Pojemność elektryczna przewodnika

Wartość ładunku elektrycznego zgromadzonego na powierzchni przewodnika jest wprost proporcjonalna do jego potencjału: Q = C ⋅ V. Współczynnik proporcjonalności C nazywamy pojemnością elektryczną przewodnika : Jednostką pojemności jest farad – F. Jeśli wprowadzenie na przewodnik ładunku o wartości 1C powoduje wzrost jego potencjału o 1V, to pojemność tego przewodnika wynosi 1F. Pojemność zależy od rozmiarów i kształtu przewodnika, i tak np. dla odosobnionego przewodnika...

Prawo Ampera rozszerzone przez Maxwella

Prawo Ampera rozszerzone przez Maxwella, które mówi, że zmienne pole elektryczne oraz przewodnik z prądem wytwarzają wirowe pole magnetyczne: K(B) = Σ B i ⋅ Δl i , jest to krążenie B wektora indukcji pola magnetycznego po konturze zamkniętym (na rysunku 9.19. wektor E należy zastąpić wektorem B). Strumień pola elektrycznego Φ E przez płaszczyznę jest zdefiniowany analogicznie jak strumień indukcji magnetycznej.

Prawo indukcji Faradaya

Prawo indukcji Faradaya, które mówi, że zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne: jest to krążenie wektora natężenia pola elektrycznego E po konturze zamkniętym. Gdy w takim polu elektrycznym umieścimy zamknięty obwód elektryczny, to popłynie w nim prąd indukcyjny:

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na wzbudzeniu prądu elektrycznego przez zmienne pole magnetyczne. Prąd wzbudzony w ten sposób nazywamy prądem indukcyjnym.

Pojemność kondensatora płaskiego

Pojemność kondensatora płaskiego zależy od pola powierzchni okładek S , odległości między okładkami d i względnej przenikalności elektrycznej ( ε ) izolatora znajdującego się między okładkami w następujący sposób: gdzie ε 0 to przenikalność elektryczna próżni Dla kondensatora próżniowego ε = 1 i wtedy pojemność wynosi:

Moc prądu przemiennego

Moc prądu przemiennego płynącego przez opornik o oporze R jest również funkcją czasu:

Magnetyczne skutki przepływu prądu elektrycznego

Wokół nieskończenie długiego prostoliniowego przewodnika z prądem powstaje pole magnetyczne o indukcji B . Wartość wektora indukcji w każdym punkcie pola zależy od odległości r tego punktu od przewodnika oraz od natężenia prądu I płynącego w przewodniku,a także od właściwości magnetycznych ośrodka, w jakim znajduje się przewodnik, określonych przez względny współczynnik przenikalności magnetycznej μr , według wzoru: w którym μ 0 to przenikalność magnetyczna próżni...

Energia pola elektrycznego

Energia pola elektrycznego między okładkami kondensatora wyraża się wzorem:

Drugie prawo Kirchoffa

Drugie prawo Kirchhoffa mówi, że suma napięć na wszystkich elementach obwodu elektrycznego jest równa napięciu źródła: U 1 + U 2 + U 3 + ... + U n = U z

Zjawisko samoindukcji

Jeśli przez obwód elektryczny przepływa prąd zmienny, to wytwarza on zmienne pole magnetyczne. W obwodzie elektrycznym znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym wytworzonym przez jego własny prąd wzbudza się siła elektromotoryczna indukcji własnej. Takie zjawisko nazywamy samoindukcją .

Prawo Gaussa

Prawo Gaussa, które mówi, że strumień natężenia pola elektrycznego przez dowolną płaszczyznę zamkniętą jest równy ilorazowi wartości ładunku znajdującego się wewnątrz tej płaszczyzny i przenikalności dielektrycznej próżni:

Moc prądu elektrycznego

Moc prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego przez element obwodu, na którego końcach różnica potencjałów jest równa U , określona jest wzorem:

Moc skuteczna prądu przemiennego

Moc skuteczną wyraża się wzorem:

Definicje podstawowych wielkości opisujących przepływ prądu stałego

Natężenie prądu I [A] , wyraża szybkość przepływu ładunku przez przekrój poprzeczny przewodnika. Natężenie mierzymy za pomocą amperomierza, który włączamy do obwodu szeregowo. Jego opór powinien być minimalny. Natężenie prądu to stosunek ładunku ΔQ przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu Δt , w jakim ten ładunek przepłynął: Jednostką natężenia jest amper. Napięcie U [V] Napięcie między dwoma punktami obwodu mierzy woltomierz...

Łączenie kondensatorów

W wyniku łączenia kondensatorów o pojemności C 1 i C 2 otrzymujemy układ kondensatorów o pojemności zastępczej C . Dla kondensatorów połączonych szeregowo pojemność zastępczą obliczamy ze wzoru: Dla kondensatorów połączonych równolegle: C z = C 1 + C 2

Pierwsze prawo Kirchoffa

Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi, że suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z węzła: I 1 + I 2 + I 3 + ... + I n = I' 1 + I' 2 + I' 3 + ... + I' m

Całkowity opór w obwodach prądu przemiennego: RC, RL, RLC

Obwód RL Obwód RC Opór omowy związany z opornikiem R. Opór omowy związany z opornikiem R. Opór indukcyjny związany z cewką: R L = ω L . ω – częstość kołowa prądu płynącego przez obwód RL. Opór pojemnościowy związany z kondensatorem: ω – częstość kołowa prądu płynącego przez obwód RC. Całkowity opór obwodu RL – zawada: Całkowity opór obwodu RC – zawada: Obwód RLC W obwodzie RLC...

Co to jest prąd elektryczny

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych (dodatnich lub ujemnych). Nośnikami tych ładunków mogą być elektrony lub jony. W obwodach elektrycznych, w których nośnikami ładunków są elektrony, przyjmuje się umowny kierunek przepływu prądu, który z przyczyn historycznych jest przeciwny do kierunku rzeczywistego. Warunkiem uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych jest istnienie pola elektrycznego. Takie pole występuje między biegunami źródła napięcia. Źródłami napięcia...

Opór zastępczy oporników

Każdy element obwodu elektrycznego posiada swój opór. Sposób połączenia tych elementów ma wpływ na opór całego układu. Oporniki połączone szeregowo przedstawione są na rysunku: Opór zastępczy oporników połączonych szeregowo jest równy sumie oporów poszczególnych oporników: R Z = R 1 + R 2 + R 3 + ... + R n Oznacza to, że kilka oporników połączonych szeregowo można zastąpić jednym opornikiem, którego wartość jest równa ich sumie. Oporniki połączone równolegle...

Cewka indukcyjna

Cewka indukcyjna jest to urządzenie wykonane z przewodnika, które umożliwia skupienie energii pola magnetycznego powstałego na skutek przepływu prądu przez tę cewkę. Istnieją cewki o różnej geometrii, od której zależą ich właściwości. Jeśli zmiana natężenia prądu płynącego w cewce o ΔI wywoła zmianę strumienia indukcji magnetycznej objętego przez cewkę o ΔΦ B , to indukcyjność L tej cewki ma wartość: Jednostką indukcyjności jest henr [H]. Przykładem cewki jest...

Pojemność kondensatora

Pojemnością kondensatora C nazywamy stały dla danego kondensatora stosunek ładunku zgromadzonego na jego okładkach do napięcia panującego między okładkami: