Jeśli chcemy lepiej zrozumieć i opisać prąd elektryczny, wzory – nawet te podstawowe – mają kluczowe znaczenie. Pozwalają określić m.in. to, jak dużo ładunku przepływa przez dany fragment obwodu, jakie jest związane z tym napięcie, czy z jaką mocą przenoszony jest prąd. Dzięki nim można projektować, analizować i optymalizować różnorodne systemy elektryczne, od prostych obwodów po zaawansowane sieci energetyczne. W niniejszym artykule przyjrzymy się podstawowym wzorom na prąd, które każdy powinien poznać.
Prąd elektryczny – wzory, które warto znać
Zgodnie z definicją, prąd elektryczny to ilość ładunku elektrycznego przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Prąd jest mierzony w amperach (A) w układzie SI. Jeśli przez przewodnik przepłynie ładunek o wartości 1 kulomb (C) w ciągu 1 sekundy, oznacza to, że prąd wynosi 1 amper. Jednostką ładunku może być również amperogodzina (Ah), której wartość to 3 600 C. Jeśli chodzi o wzory na prąd elektryczny, podstawowy z nich pozwala obliczyć natężenie.
Wzór na natężenie prądu wygląda następująco:
I=q/t
- I – natężenie prądu (w amperach)
- q – ładunek elektryczny (w kulombach)
- t – czas (w sekundach)
Jeśli chodzi o związek, jaki zachodzi między jednostką ładunki i jednostką natężenia, można przedstawić go w taki sposób:
1C=1Ax1s
Prawo Ohma
Prawo Ohma jest podstawowym prawem obwodów elektrycznych, opisującym związek między napięciem (U), prądem (I) oraz opornością (R) w obwodzie elektrycznym.
Zgodnie z definicją prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego przepływającego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do jego końców. Na wartość natężenia wpływa także stawiany przez przewodnik opór. Ostatecznie natężenie (I) jest więc proporcjonalne do napięcia (U) i spowalniane przez opór (R). Wyrażone zostało to w poniższym wzorze:
I=U/R
Przekształcając ten wzór, możemy stworzyć inne podstawowe wzory elektryczne, dzięki którym będziemy w stanie wyliczyć:
- napięcie: U=RxI
- opór: R=U/I
Trzeba jednak pamiętać, że prawo Ohma ma charakter doświadczalny, a nie uniwersalny, co oznacza, że w praktyce istnieją materiały i elementy elektroniczne, które w pewnych warunkach nie zachowują się zgodnie z nim.
Opór prądu
Warto jednak zatrzymać się na chwilę przy wspomnianym powyżej wzorze na opór prądu. Oporem elektrycznym nazywamy stały stosunek napięcia do natężenia dla danego przewodnika, wyrażony w jednostce 1 Ω (om).
Poza wzorem R=U/I, gdzie R oznacza opór, U napięcie, a I natężenie, trzeba wspomnieć o zależności oporu elektrycznego o długości przewodnika, wyrażonej wzorem:
R=ρxI/S
- R – opór elektryczny
- ρ – opór właściwy
- I – długość przewodnika
- S – pole przekroju
Praca i moc prądu elektrycznego
Jeśli chodzi o prąd, wzory na jego pracę i moc również zaliczyć można do podstawowych. Chcąc obliczyć pracę prądu elektrycznego, korzystamy ze wzoru:
W=UxIxt
- W – praca prądu
- U – napięcie prądu
- I – natężenie prądu
- t – czas
W przypadku mocy wzór wygląda następująco:
P=UxI
- P – moc prądu (jednostką jest 1 wat)
- U – napięcie prądu
- I – natężenie prądu
Obwody elektryczne – wzory na połączenie szeregowe i równoległe
Jeśli chodzi o obwody elektryczne, wzory podstawowe stosujemy dla odbiorników połączonych szeregowo lub równolegle. W pierwszym przypadku natężenia prądów we wszystkich opornikach są równe, a napięcie całkowite jest takie samo jak suma napięć każdego z nich. Również opór zastępczy równa się sumie oporów poszczególnych oporników. We wzorze wygląda to następująco:
R=r1=r2=r3
W przypadku połączenia równoległego napięcie na każdym oporniku jest takie, jak napięcie zasilające, a natężenie prądu całkowitego to suma natężeń w poszczególnych opornikach. Odwrotność oporu zastępczego jest natomiast taka sama jak suma odwrotności oporników. Wyraża to wzór:
1/R=1/r1=1/r2=1/r3
Podstawowe wzory na prąd elektryczny – podsumowanie
Znajomość podstawowych wzorów na prąd elektryczny to pierwszy krok na drodze do poznania i opisu działania układów elektrycznych. Każdy, kto planuje poszerzenie swojej wiedzy w tym zakresie lub chce zdobyć uprawnienia elektryka, musi zapoznać się z kilkoma najważniejszymi zasadami i prawami, opisywanymi właśnie przez wspomniane wzory.
Wbrew pozorom taka edukacja nie musi być trudna. Korzystając z profesjonalnych, prowadzonych przez doświadczoną i wyspecjalizowaną kadrę szkoleń, można nie tylko szybko i skutecznie zgłębić podstawy elektryki, ale także uzyskać państwowe uprawnienia SEP. Zachęcamy do zapoznania się z kompleksową ofertą kursów i egzaminów.