0.2 Wielkości i prawa: napięcie, prąd, rezystancja, moc

Cztery wielkości, które musisz „czuć”

• Napięcie U [wolt, V] — „ciśnienie” popychające prąd.
• Prąd I [amper, A] — ile ładunku płynie.
• Rezystancja R [om, Ω] — jak bardzo obwód „przeszkadza” prądowi.
• Moc P [wat, W] — ile energii na sekundę zamienia odbiornik.

Prawo Ohma

$$U = I \cdot R$$

Stąd również: I = U / R oraz R = U / I.

Przykład: grzałka o rezystancji 115 Ω podłączona do 230 V pobiera prąd I = 230 / 115 = 2 A.

Moc i energia

$$P = U \cdot I$$

Można też liczyć: P = I² · R oraz P = U² / R.

Przykład: odbiornik 230 V, 10 A → P = 230 · 10 = 2300 W = 2,3 kW. Energia to moc razy czas: E = P · t. Rachunek za prąd liczony jest w kWh (kilowatogodzinach).

Obwody: szeregowo vs równolegle

• Szeregowo (jeden za drugim): ten sam prąd płynie przez wszystkie elementy, a rezystancje się sumują (R = R1 + R2 + ...). Napięcie dzieli się między elementy.
• Równolegle (obok siebie): to samo napięcie na każdym elemencie, prądy się sumują, a rezystancja zastępcza jest mniejsza niż najmniejszy z rezystorów.

Domowe gniazda i lampy łączymy równolegle — każde urządzenie dostaje pełne 230 V i działa niezależnie.

Prąd stały (DC) i zmienny (AC)

• DC — płynie w jednym kierunku (bateria, panel fotowoltaiczny).
• AC — zmienia kierunek; w polskiej sieci 50 razy na sekundę (50 Hz).
• W gniazdku mamy 230 V AC (wartość skuteczna). Instalacja domowa to AC; strona paneli PV to DC — dlatego potrzebny jest falownik (o tym w bloku OZE).

Dwie „rezystancje”, których nie należy mylić

• Rezystancja przewodnika/odbiornika — małe wartości (Ω), liczymy z prawa Ohma.
• Rezystancja izolacji — ma być bardzo duża (MΩ), mierzymy ją specjalnym miernikiem izolacji. Mała rezystancja izolacji = uszkodzenie i zagrożenie.

Zadania

1. Obwód 230 V, rezystancja 46 Ω. Ile wynosi prąd?
2. Czajnik 230 V pobiera 9 A. Jaka jest jego moc?
3. Trzy rezystory po 10 Ω połączone szeregowo — jaka rezystancja zastępcza?
4. Dlaczego gniazda w domu łączymy równolegle, a nie szeregowo?
5. Skąd na panelu PV bierze się DC, a w gniazdku AC?