Електроенергія є невід’ємною частиною нашого повсякденного життя, вона живить усе: від невеликих пристроїв, таких як смартфони, до великих систем, таких як міські електромережі. Коли ми говоримо про поточну електрику , ми маємо на увазі потік електричного заряду через провідник, наприклад металевий дріт, через різницю потенціалів або напругу на ньому. Цей потік живить наші електричні пристрої.
Щоб зрозуміти поточну електрику, ми почнемо з основної одиниці заряду, яка називається електроном . Електричний струм виникає, коли електрони рухаються крізь матеріал. Напрямок, який зазвичай розглядається для потоку електричного струму, протилежний напрямку руху електронів, від позитивного до негативного полюсу джерела живлення.
Кількість електричного заряду, що проходить через ділянку провідника за певний час, називається електричним струмом і вимірюється в амперах (А). Математично це виражається так:
\(I = \frac{Q}{t}\)де \(I\) — сила струму в амперах, \(Q\) — заряд у кулонах, а \(t\) — час у секундах, протягом якого тече заряд.
Напруга або різниця електричних потенціалів — це рушійна сила, яка проштовхує електричний заряд через провідник. Його вимірюють у вольтах (В) і його можна розглядати як електричний тиск, який спричиняє переміщення електричних зарядів.
Опір – це протидія матеріалу потоку електричного струму. Це залежить від властивостей матеріалу, а також його довжини та площі поперечного перерізу. Опір вимірюється в Омах ( \(\Omega\) ). Зв’язок між напругою (V), струмом (I) і опором (R) визначається законом Ома:
\(V = I \times R\)Це рівняння показує, що струм, що протікає по провіднику між двома точками, прямо пропорційний напрузі в двох точках і обернено пропорційний опору між ними.
У послідовному ланцюзі компоненти з’єднані один до одного, тому існує лише один шлях для протікання струму. Якщо будь-яка частина ланцюга зламана, весь ланцюг перестає працювати. Загальний опір послідовного кола є сумою окремих опорів:
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)У паралельному ланцюзі компоненти з’єднані через спільні точки або з’єднання, забезпечуючи кілька шляхів для протікання струму. Напруга на кожному компоненті в паралельному ланцюзі однакова. Величина, зворотна повному опору в паралельному колі, дорівнює сумі величин, зворотних кожному опору:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)Потужність електричного кола — швидкість, з якою електрична енергія передається електричним ланцюгом. Одиницею потужності в СІ є ват (Вт). Потужність можна розрахувати за формулою:
\(P = V \times I\)Ця формула показує, що потужність (у ватах) є добутком напруги (у вольтах) і сили струму (в амперах).
Матеріали, які забезпечують легкий потік електричного заряду, називаються провідниками . Більшість металів, таких як мідь і алюміній, є хорошими провідниками і зазвичай використовуються в електропроводці. З іншого боку, ізолятори - це матеріали, які не дозволяють електричному заряду вільно протікати. Приклади включають гуму, скло та пластик. Ці матеріали використовуються для покриття або оточування провідників, щоб запобігти небажаному потоку електроенергії та забезпечити безпеку.
Проста електрична схема може продемонструвати принципи поточної електрики. Розглянемо схему, що складається з батареї, резистора та лампочки, з’єднаних послідовно. Коли ланцюг замкнутий, акумулятор створює напругу, яка штовхає електрони через ланцюг. Резистор обмежує потік електронів, тим самим контролюючи струм. Лампочка перетворює електричну енергію на світло, що ілюструє використання електроенергії.
Щоб експериментально перевірити закон Ома, можна створити схему зі змінним джерелом живлення, амперметром для вимірювання струму та вольтметром для вимірювання напруги на резисторі. Змінюючи напругу та реєструючи відповідний струм, можна виявити, що напруга на резисторі прямо пропорційна струму, що протікає через нього, відповідно до закону Ома.
Поточна електрика — це велика сфера, яка охоплює багато фундаментальних понять, зокрема електричний струм, напругу, опір, кола та електричну потужність. Розуміння цих концепцій має важливе значення для розуміння того, як функціонують електричні пристрої, а також для безпечного та ефективного використання електроенергії. Застосовуючи такі принципи, як закон Ома, і розуміючи поведінку послідовних і паралельних ланцюгів, можна передбачити та контролювати потік електроенергії в різних налаштуваннях.
