Podstawy elektroniki I – Prąd

Witam, jest to pierwszy artykuł z serii „Podstawy elektroniki” mającej wyjaśniać najważniejsze pojęcia, zagadnienia i problemy z którymi może się spotkać niedoświadczony elektronik. Seria ta będzie skierowana w stronę programowania mikrokontrolerów, a więc zajmować się będę głównie małymi napięciami i prądami. Schematy będą rysowane w programie Eagle. Obrazki pochodzą z Google, Wikipedii albo są mojego autorstwa.

            

    Prąd

Według mądrych książek jest to uporządkowany ruch elektronów miedzy dwoma potencjałami, to znaczy, wszędzie gdzie jest różnica potencjałów będzie płynął prąd. Tutaj spotykamy się z pojęciem napięcie - jest to różnica potencjałów między dwoma punktami. Przykład zaprezentowany został na rysunku.

Różnica potencjałów między biegunami akumulatora (napięcie) powoduje  powstanie w materiale pola elektrycznego, które z kolei powoduje ruch elektronów swobodnych znajdujących się w przewodniku, czyli takim materiale który posiada nośniki energii elektrycznej- elektrony. Ważną rzeczą jest kierunek przepływu prądu. Przyjęło się że oznacza się go przeciwnie do ruchu elektronów, elektrony płyną z – do +, a kierunek prądu zaznaczamy z + do -.

                Podstawową jednostką prądu jest amper [A], jest to ładunek, który przypłynął przez przekrój przewodnika w czasie, zależność tę określa wzór 

(prąd=zmiana ładunku/zmiana czasu). 

Z kolei jednostką napięcia jest volt [V] określany po prostu jako różnica potencjałów.

                

Sposób przepływu prądu możemy zakwalifikować do dwóch głównych kategorii: prąd stały oraz prąd przemienny. Prąd stały znaleźć możemy np. w gniazdku USB. Znajduję się tam napięcie 5V, bardzo często używane w elektronice (często używa się także napięcia 3.3V). Charakterystyka prądu stałego (w skrócie DC, z ang. direct current) jest prosta, napięcie nie zmienia się , jest ciągle na stałym poziomie. Oczywiście taka jest tylko teoria, w praktyce ciężko jest stworzyć idealne źródło napięcia stałego. 

Drugim opisywanym rodzajem jest prąd przemienny, z ang. AC (alternating current). Spotkać go można na każdym kroku ponieważ wykorzystuje się go jako napięcie sieci w domach, dokładniej w gniazdku znajduję się napięcie sinusoidalne o wartości 230V i częstotliwości 50Hz. Napięcie przemienne najczęściej przybiera postać sinusoidy, ale czasami może to być napięcie trójkątne, prostokątne lub innego kształtu. Cechą wspólną jest powtarzający się wzór i zmiana znaku. W prądzie przemiennym nie ma czegoś takiego jak plus i minus. Prąd płynie raz w jedną, a raz w drugą stronę. Wartość napięcia zmiennego (często używa się tego określenia zamiast „przemiennego”) podaje się jako skuteczną. Tak samo jest w przypadku napięcia 230V AC. Sinusoida w swoich maksimum osiąga wartość około 325V, jednak podaje się jakie napięcie stałe przekazywałoby tyle samo energii i dopisuje się AC lub znaczek ~ aby pokazać że jest to prąd przemienny. Wartość skuteczną napięcia liczy się ze wzoru

,

analogicznie jest z prądem skutecznym:  

.

                Pozostałe dwa typy prądu widoczne na wykresie nie są zbyt ważne i na razie nie będziemy się nim zajmować.

                Na koniec chciałbym dodać że za napięcie niebezpieczne możemy uznać napięcia powyżej 50V AC oraz 120V DC. Bezpieczniej się jednak do tych granic nie zbliżać. Jeśli wiemy że gdzieś może znajdować się napięcie, najlepiej sprawdzić czy urządzenie jest odpięte.

               

        Dziękuje za uwagę. trebuH

Fale elektromagnetyczne - podstawy.

Fale elektromagnetyczne odgrywają w dzisiejszym świecie bardzo ważną role- umożliwiają nam na przykład oglądanie telewizji i słuchanie radia. A więc co to takiego?

Fala elektromagnetyczna, jak sama jej nazwa wskazuje, jest mieszaniną pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te opisują wielkości wektorowe:

• natężenie pola elektrycznego E
• indukcja magnetyczna B

Wektory tych pól są w każdym punkcie prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali, dlatego fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną.

Jak widzimy na rysunku, wektor natężenia pola elektrycznego jest skierowany wzdłuż osi y, zaś wektor indukcji magnetycznej wzdłuż osi z.
Wektory pola w danych punktach osiągają równocześnie wartości maksymalne oraz również wspólnie zanikają.

Fale elektromagnetyczne mają ogromną rozpiętość, wykres poniżej przedstawia ich zakres długości fal i częstotliwości, czyli tzw. widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Wstęp

Witam serdecznie wszystkich, którzy zawędrowali na mojego bloga! 

Jest to mój pierwszy blog w życiu, wcześniej żadnego nie posiadałem, nawet nigdy w mojej głowie nie pojawił się pomysł aby takowy założyć. Jednak ostatnimi czasy coraz więcej słyszałem o blogach znajomych, dostawałem zaproszenia aby je odwiedzać. Pomyślałem że to wcale nie jest taki zły pomysł. Jednak widzę mnóstwo blogów o modzie, kotach albo śmiesznych obrazkach. Postanowiłem zrobić coś ambitniejszego, mianowicie zająć się zagadnieniami fizyki, która przez wiele osób uważana jest za najgorsze zło świata (na równi zresztą z matematyką, ale nie o tym tu mowa). 

Mam świadomość, że podejmuje się ciężkiego zadania, jakim jest wyjaśnianie i przedstawianie w najprostszy sposób zjawisk fizycznych. W żadnym wypadku nie uważam się za profesjonalistę, jednak podchodzę do tego pełen zapału i wierzę, że podołam temu wyzwaniu. Mój plan obejmuje pisanie o szeroko pojętej fizyce, zawierającej zarówno zagadnienia licealne jak i bardziej rozszerzone. Zamierzam również wprowadzić trochę materiału z elektroniki, która leży w strefie moich zainteresowań, jednak artykuły te będę pisał z dużo bardziej obeznanym i doświadczonym kolegą. Oczywiście bardzo chętnie będę odpowiadał na wszelkie pytania, więc zapraszam do komentowania! Już niebawem pierwszy fizyczny post! ;) 

Na koniec jeszcze cytat na dziś: 

"Każdy głupi może wiedzieć. Sedno to rozumieć."

~ Albert Einstein