Obwód elektryczny
Wszystkie urządzenia elektryczne od prostego dzwonka elektrycznego do komputera czy samochodu elektrycznego zbudowane zostały z obwodów elektrycznych.
Czym jest obwód elektryczny? Obwód elektryczny to układ połączonych elementów, które umożliwiają przepływ prądu od źródeł do odbiorników prądu.
Obwód elektryczny składa się z elementów takich jak przewody elektryczne, źródła napięciowe (i prądowe), odbiorniki i przełączniki, które tworzą drogę zamkniętą dla prądu elektrycznego.
Prosty przykład: Jednym z najprostszych przykładów obwodu elektrycznego może być mała żarówka 1.5 V podłączona przewodami do baterii AA (popularny paluszek). Uwaga: bateria musi dostarczyć napięcie o wysokości wymaganej przez żarówkę aby żarówka zapaliła się
1. Schematy obwodów elektrycznych
Dlaczego używamy schematów obwodów elektrycznych? Aby przedstawić obwód prądu elektrycznego i jego elementy używamy schematów ponieważ są bardziej czytelne niż zdjęcia czy ilustracje i łatwiej je sporządzić.
Jak narysować schemat obwodu elektrycznego? To proste, każdy element układu posiada swój symbol np. amperomierz oznaczamy kołem z literą A, opornik prostokątem a przewód to linia ciągła. Schematy możemy narysować ręcznie lub użyć do tego oprogramowania (np. dostępnych za darmo Lucidchart czy TinyCAD).
2. Elementy obwodu elektrycznego
Z jakich elementów składają się obwody elektryczne? Są to:
- Źródła prądu (czyli elementy aktywne) np. bateria
- Odbiorniki prądu (czyli elementy pasywne) np. żarówka, opornik oraz silnik.
- Przewody elektryczne, którymi połączone są pozostałe elementy
Podstawowe elementy obwodów elektrycznych:
- Ogniwo – pojedyncze ogniwo źródła prądu stałego
- Bateria – kilka ogniw źródła prądu stałego
- Źródło napięcia zmiennego – źródło napięcia prądu zmiennego
- Przewód elektryczny – łączy elementy obwodu
- Wyłącznik – rozłącza obwód elektryczny
- Opornik – stwarza opór dla prądu (powoduje spadek napięcia)
- Kondensator – posiada zdolność gromadzenia ładunku
- Cewka, zwojnica – gromadzi energię w polu magnetycznym
- Dioda – przepuszcza prąd w jednym kierunku (zaznaczonym strzałką)
- Żarówka – element rezystancyjny zamienia energię elektryczną na światło i ciepło
- Amperomierz – służy do pomiaru natężenia (w amperach)
- Woltomierz – służy do pomiaru napięcia (w woltach)
3. Warunki przepływu prądu elektrycznego
Czy w każdym obwodzie elektrycznym popłynie prąd? Aby w obwodzie nastąpił przepływ prądu muszą być spełnione jednocześnie dwa warunki:
- W obwodzie musi istnieć różnica potencjału (źródło zasilania) oraz
- Obwód powinien pozostać zamknięty
4. Węzły, gałęzie i oczka obwodów elektrycznych
Na schematach obwodów elektrycznych możemy spotkać węzły, gałęzie i oczka:
- Węzeł obwodu elektrycznego to miejsce, w którym łączą się conajmniej dwa obwody elektryczne (czyli miejsce, w którym łączą się przynajmniej trzy przewody). Węzły obwodu elektrycznego często oznacza się symbolem punktu (po angielsku – meatball czyli klops).
- Gałąź obwodu elektrycznego to jeden lub więcej połączonych szeregowo elementów obwodu elektrycznego.
- Oczko obwodu elektrycznego to zbiór połączonych gałęzi obwodów tworzących drogę zamkniętą dla prądu. Obwody proste (nierozgałęzione) posiadają jedno oczko, obwody złożone (rozgałęzione) posiadają dwa lub więcej oczka.
5. Połączenia szeregowe i równoległe
Obwody elektryczne możemy połączyć na dwa główne sposoby: szeregowo i równolegle.
Połączenie szeregowe
Połączenie szeregowe to rodzaj połączenia elementów obwodu elektrycznego w szereg, w którym koniec jednego elementu styka się z początkiem kolejnego np. żarówki lampek choinkowych.
W połączeniu szeregowym prąd przepływa kolejno przez wszystkie elementy szeregu. To oznacza, że jeżeli jeden z nich się przepali lub obwód zostanie przerwany to wszystkie elementy obwodu przestaną działać. W połączeniu szeregowym natężenie prądu dla każdego elementu ma taką samą wartość.
Połączenie równoległe
Połączenie równoległe to rodzaj połączenia elementów obwodu elektrycznego, w którym wszystkie końce oraz początki tych elementów są połączone razem, tworząc gałęzie obwodu.
W połączeniu równoległym suma natężeń prądów wpływająca do węzła (czyli dla gałęzi) jest równa sumie prądów wypływających z węzła (zgodnie z I prawem Kirchhoffa). Napięcie na poszczególnych gałęziach jest takie samo.