Zapisz jako PDF

Prąd elektryczny
nazywamy uporządkowany ruch ładunków elektrycznych.
Aby zaistniało w ośrodku zjawisko prądu elektrycznego muszą być spełnione dwa warunki
jednocześnie:
w ośrodku muszą być nośniki ładunków elektrycznych,
musi być wytworzone pole elektryczne.
Natężenie prądu elektrycznego
pochodna ładunku przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika względem czasu.
Jednostką jest amper (A), jedna z siedmiu podstawowych jednostek układu SI, którą definiuje się
przez magnetyczne skutki przepływu prądu elektrycznego i dlatego tę definicję przedstawiamy
później.
Gęstość prądu
jest równa stosunkowi natężenia prądu do prostopadłego pola powierzchni, przez który przepływa.
Związek pomiędzy gęstością prądu a prędkością unoszenia ( średnią szybkością przemieszczania się
ładunków) wyprowadza się następująco:
Niech n oznacza gęstość nośników ładunku, czyli liczbę nośników w jednostce objętości, e wartość
ładunku elementarnego. Przyjmijmy, że przewodnik ma kształt walca o polu podstawy S (i zarazem
przekroju S). W elemencie przewodnika o długości l znajduje się ładunek:
a ponieważ prędkość i gęstość prądu są wektorami, więc
Ruch ładunków jest możliwy tylko w polu elektrycznym. Aby więc zaistniał, konieczne jest
wytworzenie pola elektrycznego.
Napięcie elektryczne U
różnica potencjałów
pomiędzy dwoma punktami pola elektrycznego. Jednostką jest wolt.
Kierunek prądu elektrycznego
na mocy umowy przyjmuje się jako zgodny z kierunkiem ruchu ładunków dodatnich od punktu o
wyższym do punktu o niższym potencjale.
Siła elektromotoryczna źródła napięcia — SEM
Jakie znasz najczęściej używane źródła napięcia? Rozejrzyjmy się wokół. Myślę, że najpopularniejsze
są trzy:
baterie ogniw chemicznych,
baterie ogniw słonecznych,
prądnica prądu przemiennego w elektrowni, która zasila sieć elektryczną, dostępną w każdym
domu.
Przeanalizujmy te źródła napięcia z punktu widzenia przemian różnych form energii.
Ogniwo galwaniczne
W ogniwie galwanicznym powstaje kontaktowa różnica potencjałów pomiędzy elektrolitem a
elektrodą. Elektrody są dwie, każda wykonana z innego materiału. W klasycznym ogniwie Volty
elektrodami były płytki: miedziana i cynkowa, a elektrolitem roztwór kwasu. W wyniku reakcji
chemicznych pomiędzy elektrodami i elektrolitem, powstaje pomiędzy elektrodami napięcie. Obecnie
stosuje się ogniwa suche, to znaczy takie, w których elektrolit zaabsorbowany jest przez porowaty
ośrodek. Najpopularniejszym są różne odmiany ogniwa Leclanchégo, w którym dwie elektrody —
jedna grafitowa a druga — cylindryczna cynkowa zanurzone są w elektrolicie, którym jest roztwór
chlorku amonowego.
W każdym ogniwie galwanicznym energia reakcji chemicznej zamienia się na energię powstającego
między elektrodami pola elektrycznego.
Fotoogniwo (ogniwo fotoelektryczne)
W ogniwie fotoelektrycznym energia światła zamieniana jest bezpośrednio na energię elektryczną.
Na ogół wykorzystuje się półprzewodnikowe złącze p-n. Jak pamiętasz, na granicy takiego złącza
powstaje silne pole elektryczne. Zaabsorbowanie kwantu światła powoduje wytworzenie się w
obrębie złącza pary nośników — elektronu i dziury. Nośniki te są przesuwane przez pole elektryczne,
a jeśli zamkniemy obwód elektryczny, to popłynie prąd.
Ogniwa fotoelektryczne są drogie i otrzymuje się w nich niewielkie napięcia. Dosyć powszechnym
zastosowaniem jest zasilenie nimi kalkulatorów. Aby uzyskać większe — zarówno napięcie jak i
natężenie — można połączyć ogniwa w baterie. Ze względu na koszty baterie słoneczne — bo tak się
je nazywa, znalazły zastosowanie tam, gdzie inne źródła napięcia nie mogą być użyte, a więc, np. —
jako zasilenie urządzeń w sztucznych satelitach Ziemi.
Prądnica prądu przemiennego
Chociaż mówimy o prądzie stałym, to jednak nie sposób nie wspomnieć o tym najpopularniejszym
źródle napięcia, z którego korzystamy najczęściej — napięciu w domowym gniazdku elektrycznym.
Napięcie to jest przesyłane z elektrowni, gdzie wytwarzane jest w prądnicy (generatorze).
Wykorzystując zjawisko indukcji elektromagnetycznej, w prądnicy energia mechaniczna
obracającego się elektromagnesu, wytwarzającego pole magnetyczne zamieniana jest na energię
elektryczną pola elektrycznego powstającego w zwojach, przez które to pole przenika. Tak
wytwarzana energia elektryczna jest przesyłana do sieci miejskiej.
Wielkością charakteryzującą źródło napięcia jest siła elektromotoryczna. Mimo, że w nazwie jest
termin „siła”, nie ma nic wspólnego z wielkością określającą oddziaływanie ciał, którą poznaliśmy,
ucząc się mechaniki.
SEM
Siłą elektromotoryczną źródła napięcia — SEM, nazywamy stosunek ilości energii zamienionej na
energię elektryczną do ładunku przepływającego przez obwód w danym czasie.
Siłę elektromotoryczną oznacza się skrótowo SEM i mierzy w woltach. Sens fizyczny tej wielkości
jest taki, że jest to ilość energii zamienionej na energię elektryczną przypadająca na jednostkowy
ładunek przepływający w obwodzie zamkniętym.