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