background image

PRĄD ELEKTRYCZNY 

PRĄD ELEKTRYCZNY I JEGO RODZAJE 

Prądem 

elektrycznym  nazywa 

się 

zjawisko 

uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez 
przekrój rozpatrywanego środowiska (np. przewodnika) 
pod wpływem działającego pola elektrycznego.  

Natężenie 

prądu 

elektrycznego 

to 

stosunek 

elementarnego ładunku elektrycznego 

q  niesionego  przez 

cząstki  naładowane  w  przeciągu  czasu 

t  przez  dany 

przekrój przewodnika do tego czasu. 

 

i = 

dt

dq

t

q

lim

0

t

 

 

 

i = 

t

q

 

 

Jeżeli  stosunek  ten  jest  stały  to  taki  prąd  elektryczny 

nosi nazwę prądu stałego i oznaczony jest dużą literą I. 

Zależność przyjmuje następującą postać: 

 

I = 

t

Q

 

 

Jednostką natężenia prądu elektrycznego w układzie SI 

jest 1 amper (1A). Należy ona do jednostek podstawowych 
tego układu. 

W większości przypadków mamy jednak do czynienia z 

prądami  zmiennymi  dla  których  iloraz  ten  nie  posiada 
wartości stałej. Prąd taki na przestrzeni czasu posiada różne 
wartości chwilowe, które oznaczane są małą literą i. 

background image

 

 

 

 

 

Przebiegi prądów: stałego (a) i zmiennego (b) 

 

Klasyfikacja prądów 

 

background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Przykładowe przebiegi prądów: okresowego (a); 

nieokresowego (b); pulsującego (c); przemiennego (d); 

sinusoidalnego (e); niesinusoidalnego - od

kształconego (f) 

GĘSTOŚCI PRĄDU J  

Gęstość  prądu  to  stosunek  natężenia  prądu 

płynącego  przez  przewodnik  do  jego  poprzecznego 
przekroju
 : 

 

J = 

S

I

 

 

Jednostką  jest  1  amper  na  metr  kwadratowy 

2

m

A

1

  lub 

częściej 1 amper na milimetr kwadratowy 

2

mm

A

1

background image

PRAW

O OHMA I OPÓR MATERIAŁÓW 

Gęstość  prądu  płynącego  przez  taki  przewodnik 

zależy  proporcjonalnie  od  wartości  wektora  natężenia 
pola elektrycznego wewnątrz przewodnika
.  

 

J = 

 

 E 

 

gdzie: 

 jest współczynnikiem proporcjonalności.  

Współczynnik  ten  nazywany  jest  konduktywnością  lub 

przewodnością właściwą materiału przewodnika. Jednostką 
konduktywności  jest  1

Ωm

1

przy  czym  częściej  stosuje  się 

jednostkę 1

m

S

10

= 1 

2

mm

Ω

m

Odwrotność  tej  wielkości  jest  bardzo  często  spotykana 

jako  wielkość  charakteryzująca  własności  materiału 
przewodzącego  i  nosi  ona  nazwę  oporu  właściwego  lub 
rezystywności. Oznacza się ją za pomocą greckiej litery 

 : 

 

 = 

1

 

 

Jednostką  tej  wielkości  w  układzie  SI  jest  1  omometr. 

Ze  względu  na  fakt,  iż  stosowane  w  elektrotechnice 
przewody  odznaczają  się  z  reguły  małym  przekrojem  a 
dużą długością częściej stosuje się inną jednostkę: 





m

mm

Ω

1

2

.  

background image

Przykładowe  wartości  oporu  właściwego  oraz 

konduktywności dla różnych materiałów: 

 

Materiał 

Rezystywność 

 

Konduktywność 

 





mm

2

/m 

S/m 

m/(



mm

2

Srebro 

1,62

10

-8

 

0,0162 

62,5

10

6

 

62,5 

Miedź przewodowa 

1,75

10

-8

 

0,0175 

57

10

6

 

57 

Aluminium 

2,83

10

-8

 

0,0283 

35,3

10

6

 

35,3 

Cynk 

6,3

10

-8

 

0,063 

15,9

10

6

 

15,9 

Platyna 

11,1

10

-8

 

0,111 

9

10

6

 

Konstantan 

48

10

-8

 

0,48 

2,1

10

6

 

2,1 

Chromonikielina 

110

10

-8

 

1,10 

0,91

10

6

 

0,91 

 

background image

PRAWO OHMA  

 

U = R 

 I 

 

Jednostką rezystancji jest 1 om (1

). 

 

R = 

S

l

 = 

S

l

 

 

Rezystancja 

przewodnika 

zależy 

wprost 

proporcjonalnie  od  jego  długości  i  oporu  właściwego 
oraz odwrotnie proporcjonalnie od przekroju

Odwrotność  rezystancji  przewodnika  nosi  nazwę 

konduktancji lub przewodności elektrycznej. 

Oznaczana jest przez G: 

 

G = 

R

1

 

 

Jej jednostką jest 1 simens (1S). 

background image

Zmianę  rezystancji  w  funkcji  temperatury  określa  tzw. 

temperaturowy współczynnik oporu 

, mówiący o tym o ile 

wzrośnie  rezystancja  danego  materiału  przy  wzroście 
temperatury  o 

1 K.  Rezystancję  w  podwyższonej 

temperaturze przedstawia wzór: 

 

R

T

 = R

0

 [1 + 

(T – T

0

)] ;    T

0

 = 293 K 

 

Fakt  zmiany  rezystancji  różnych  materiałów  przy  zmianie  temperatury 

wykorzystany został w praktyce do produkcji termistorów. 

Przykładowe wartości współczynnika temperaturowego rezystancji: 

 

 

Nazwa materiału: 

Współczynnik temperaturowy 

rezystancji 

1/K 

Srebro 

0,0041 

Miedź przewodowa 

0,004 

Aluminium 

0,0041 

Cynk 

0,0039 

Konstantan 

0,00002 

Chromonikielina 

0,00014 

Węgiel bezpostaciowy 

0,0003 

 

background image

ENERGIA I MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO 

Wzór na energia: 

 

W = U 

 Q = U 

 I 

 t 

 

Jednostką energii jest dżul (1J). 
Jeżeli  do  powyższego  wzoru  podstawimy  wzór 

wyrażający prawo Ohma, to uzyskamy równanie opisujące 
prawo Joule’a – Lenza
 

W = R I

2

 t 

 

Stosunek energii prądu elektrycznego do czasu nazywa 

się mocą elektryczną P 

 

P = 

t

W

 = U 

 I 

 

Jednostką mocy w układzie SI jest 1 wat (1 W). Stosuje 

się  także  jej  wielokrotności:  kilowat  (1 kW)  i  megawat 
(1 MW).  

Moc  pobierana  przez  dany  odbiornik  może  być 

obliczona również za pomocą innego wzoru: 
 

P = R I

2

 

 

lub 

 

P = 

R

U

2

 

 

background image

a) 

 

b) 

 

Charakterystyki napięciowo – prądowe rezystorów: liniowego 

(a) i nieliniowego (b) 

 

Ilustracja definicji rezystancji statycznej i dynamicznej 

rezystora nieliniowego 

Rezystancją  statyczną  rezystora  nieliniowego  nazywa 

się stosunek napięcia do prądu dla kolejnych wartości prądu  

 

R

s

 = 

1

1

I

U

= mtg

 

 

Rezystancja 

dynamiczna 

rezystora 

nieliniowego 

obliczana  jest  jako  stosunek  przyrostu  napięcia  (przy 
przechodzeniu  od  punktu  1  do  2  charakterystyki)  do 
przyrostu prądu: 

 

   R

d

 = 

I

U

= mtg