🔬 Fizyka ✓ Zweryfikowane

Prąd elektryczny — natężenie, napięcie, opór

Szybka odpowiedź

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków. Natężenie mierzymy w amperach, napięcie w woltach, a opór w omach. Wielkości te łączy prawo Ohma: I = U / R.

Trzy podstawowe wielkości opisujące obwód elektryczny łatwo pomylić, bo wszystkie brzmią podobnie abstrakcyjnie. Pomaga porównanie do przepływu wody, którego użyję poniżej.

Trzy wielkości

Natężenie (I) — ilość ładunku przepływająca w jednostce czasu. Jednostka: amper (A).
Napięcie (U) — różnica potencjałów wymuszająca przepływ. Jednostka: wolt (V).
Opór (R) — utrudnienie przepływu. Jednostka: om (Ω).

Porównanie do wody

To najskuteczniejszy sposób zrozumienia zależności między nimi:

Napięcie to różnica poziomów wody, czyli ciśnienie wymuszające przepływ
Natężenie to ilość wody przepływająca przez rurę na sekundę
Opór to grubość rury — im węższa, tym mniejszy przepływ przy tym samym ciśnieniu

Analogia tłumaczy od razu, dlaczego przy stałym napięciu zwiększenie oporu zmniejsza natężenie.

Prawo Ohma

I = U / R

Z jednego wzoru wyprowadzamy dwa pozostałe: U = I · R oraz R = U / I.

Przykład: żarówka o oporze 240 Ω podłączona do napięcia 230 V. I = 230 / 240 ≈ 0,96 A.

Moc w obwodzie

P = U · I, jednostką jest wat.

Wzór tłumaczy, dlaczego urządzenia o dużej mocy wymagają grubszych przewodów. Czajnik o mocy 2000 W przy 230 V pobiera około 8,7 A — przez cienki przewód taki prąd powodowałby nadmierne nagrzewanie.

Prąd stały i przemienny

Stały (DC) — płynie stale w jednym kierunku; baterie, akumulatory, zasilacze
Przemienny (AC) — zmienia kierunek cyklicznie; w polskiej sieci 50 razy na sekundę

Sieć energetyczna używa prądu przemiennego, bo łatwo zmieniać jego napięcie transformatorem. Przesyłanie energii pod bardzo wysokim napięciem ogranicza straty, a przy odbiorcy napięcie obniża się do bezpiecznego poziomu.

Połączenie szeregowe i równoległe

Szeregowe — odbiorniki jeden za drugim, prąd płynie przez wszystkie po kolei. Opory się sumują, a przerwanie w jednym miejscu zatrzymuje cały obwód. Tak działały dawne lampki choinkowe, gdzie jedna przepalona żarówka gasiła całą girlandę.

Równoległe — każdy odbiornik ma własną drogę. Napięcie na wszystkich jest jednakowe, a awaria jednego nie wpływa na pozostałe. Tak zbudowana jest instalacja domowa, dlatego zgaszenie lampy nie wyłącza lodówki.

Dlaczego prąd jest niebezpieczny

O zagrożeniu decyduje natężenie przepływające przez ciało, nie samo napięcie. Już około 30 mA może zakłócić pracę serca, a 100 mA bywa śmiertelne.

Opór ludzkiego ciała zależy od wilgotności skóry — sucha ma nawet 100 000 Ω, mokra kilkaset. Dlatego to samo napięcie jest znacznie groźniejsze w łazience niż w suchym pomieszczeniu, co tłumaczy szczególne wymagania dla instalacji w takich miejscach.

Najczęstsze pytania

Co to jest prąd elektryczny?

Uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Natężenie mierzy się w amperach, napięcie w woltach, a opór w omach.

Jak brzmi prawo Ohma?

I = U / R — natężenie równa się napięciu podzielonemu przez opór. Stąd też U = I · R oraz R = U / I.

Czym różni się połączenie szeregowe od równoległego?

W szeregowym prąd płynie przez wszystkie odbiorniki po kolei, w równoległym każdy ma własną drogę i awaria jednego nie wpływa na resztę.

Dlaczego sieć używa prądu przemiennego?

Bo jego napięcie łatwo zmieniać transformatorem, co pozwala przesyłać energię pod wysokim napięciem z małymi stratami.

Co decyduje o niebezpieczeństwie porażenia?

Natężenie płynące przez ciało. Już 30 mA może zakłócić pracę serca, a opór skóry mokrej jest setki razy mniejszy niż suchej.