Prąd stały i jego właściwości

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków. W metalach nośnikami prądu są elektrony (stąd α < 0), natomiast w półprzewodnikach sytuacja jest bardziej złożona. Natężenie prądu wyraża się wzorem $J = \frac{\Delta q}{\Delta t}$, co oznacza zmianę ładunku w jednostce czasu.

Prawo Ohma to podstawowa zależność w obwodach elektrycznych: $J = \frac{U}{R}$ (natężenie prądu jest proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu). Opór przewodnika zależy od jego właściwości fizycznych: $R = \frac{\rho l}{s}$, gdzie ρ to opór właściwy, l to długość, a s to przekrój. Co ciekawe, opór zmienia się z temperaturą według wzoru $\rho = \rho_0 (1 + \alpha \Delta T)$.

Dla całego obwodu obowiązuje wzór $J = \frac{E}{R_{zew} + r_{wew}}$, uwzględniający zarówno opór zewnętrzny jak i wewnętrzny źródła. Moc urządzenia elektrycznego można obliczyć na kilka sposobów: $P = U \cdot J = \frac{U^2}{R} = J^2 \cdot R$. Całkowita moc w obwodzie to suma mocy poszczególnych urządzeń.

Warto wiedzieć! Podczas elektrolizy masa substancji wydzielonej na elektrodzie zależy od natężenia prądu i czasu jego przepływu: $m = k \frac{J t}{q}$, gdzie k jest równowarznikiem elektrochemicznym substancji.

Przy łączeniu oporników mamy dwa podstawowe schematy:

• Połączenie szeregowe: $R = R_1 + R_2$, $J_1 = J_2$, $U = U_1 + U_2$
• Połączenie równoległe: $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$, $U_1 = U_2$, $J = J_1 + J_2$

W praktyce stosujemy te zasady przy projektowaniu obwodów elektrycznych oraz przy pomiarach - woltomierze łączy się równolegle, a amperomierze szeregowo z elementem badanym.