Prąd elektryczny

Prąd elektryczny – uporządkowany ruch ładunków elektrycznych.

W naturze przykładami są wyładowania atmosferyczne, wiatr słoneczny czy czynność komórek nerwowych, którym również towarzyszy przepływ prądu. W technice obwody prądu elektrycznego są masowo wykorzystywane w elektrotechnice i elektronice.

Prąd elektryczny w materii

Przewodniki i izolatory

Materiały, które dobrze przewodzą prąd elektryczny to przewodniki. Oporność właściwa dobrych przewodników jest rzędu od 10−8 do 10−6 Ω·m.

Dielektryk (izolator elektryczny) to materiał, w którym bardzo słabo przewodzony jest prąd elektryczny. Może to być rezultatem niskiej koncentracji ładunków swobodnych, niskiej ich ruchliwości lub obu tych czynników równocześnie. Oporność właściwa dielektryków jest większa od 106 Ω·m.

Półprzewodniki mają oporność właściwą pośrednią między metalami a izolatorami. Ich przewodnictwo zwykle mocno rośnie ze wzrostem temperatury.

Specyficzną formą przewodnictwa jest nadprzewodnictwo – występujący w niektórych materiałach efekt sprawiający, że w odpowiednio niskiej temperaturze ma on zerową rezystancję. W nadprzewodnikach zachodzą również inne zjawiska, na przykład efekt Meissnera. Większość materiałów wykazuje nadprzewodnictwo dopiero w bardzo niskiej temperaturze.

Źródła prądu elektrycznego

Prąd elektryczny w przewodnikach płynie od potencjału wyższego do potencjału niższego. By było to możliwe, w obwodzie zamkniętym musi znajdować się element, który zapewni dostarczenie nośników ładunku z punktów o niższym potencjale do punktów o wyższym potencjale, czyli w kierunku przeciwnym do działającego na nie pola elektrycznego. ogniwo chemiczne Wymaga to dostarczenia energii i dzieje się w elementach nazywanych źródłami prądu. Rolę chwilowego źródła energii w obwodzie może pełnić również element inercyjny (mający zdolność gromadzenia energii) – uprzednio naładowany kondensator albo cewka indukcyjna z energią zgromadzoną w jej polu magnetycznym. Podstawowym żródłem energi elektrycznej jest ogniwo chemiczne (ogniwo Volty).

Wielkości opisujące prąd elektryczny

Natężenie prądu

Wielkością opisującą prąd elektryczny jest natężenie prądu elektrycznego I, które definiuje się jako stosunek ładunku, który przepływa przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu przepływu tego ładunku t:

I = q/t

gdzie:
I - natężenie prądu,
q - ładunek,
t - czas, w którym przepływa ładunek.

Napięcie elektryczne

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej przeciwko polu, podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzór:

U = W/q

gdzie:
U - napięcie elektryczne,
W - praca wykonana przy przesunięciu ładunku,
q - ładunek.

Opór elektryczny (Rezystancja)

Rezystancja, opór (elektryczny, czynny), oporność– wielkość charakteryzującarezystor relację między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą impedancji zespolonej.

Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem R. Jednostką rezystancji w układzie SI jest om, którego symbolem jest Ω.

Rezystancja zdefiniowana jest wzorem:

R = U/I

gdzie:
R - opór elektryczny,
U - napięcie elektryczne,
I - natężenie prądu.