Prąd elektryczny

Prąd elektryczny

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych, występujący w zjawiskach naturalnych, takich jak wyładowania atmosferyczne, oraz w technice, gdzie jest kluczowy w elektrotechnice i elektronice.

Prąd elektryczny w materii

Pod wpływem pola elektrycznego w materiałach z ruchliwymi nośnikami ładunku, zachodzi przewodnictwo elektryczne.

Przewodniki, dielektryki i półprzewodniki

• Przewodniki: Materiały o niskiej oporności, rzędu 10⁻⁸ do 10⁻⁶ Ω·m, umożliwiające swobodny przepływ prądu.
• Dielektryki: Materiały o wysokiej oporności (powyżej 10⁶ Ω·m), słabo przewodzące prąd elektryczny.
• Półprzewodniki: Materiały z opornością pośrednią, których przewodnictwo wzrasta wraz z temperaturą.
• Nadprzewodnictwo: Zjawisko zerowej rezystancji w niektórych materiałach w niskich temperaturach.

Nośniki ładunku

Prąd elektryczny to ruch cząstek naładowanych, tzw. nośników ładunku. W różnych materiałach nośnikami mogą być:

• Metale: Elektrony w paśmie przewodnictwa.
• Półprzewodniki: Elektrony przenoszone z pasma walencyjnego do przewodnictwa.
• Elektrolity: Jony (aniony i kationy).
• Gazy: Jony oraz wolne elektrony.

Źródła prądu elektrycznego

Prąd w przewodnikach płynie od wyższego do niższego potencjału, co wymaga źródła prądu, które dostarcza nośniki ładunku. Elementy takie jak kondensatory czy cewki indukcyjne mogą również pełnić tę rolę.

Wielkości opisujące prąd elektryczny

Natężenie prądu

Natężenie prądu elektrycznego I to stosunek ładunku q do czasu t:

$I\; =\; \backslash frac\{q\}\{t\}.$

Jednostką natężenia w SI jest amper [A].

Gęstość prądu

Gęstość prądu to wektorowa wielkość opisująca przepływ ładunku przez jednostkową powierzchnię.

Prawa związane z prądem elektrycznym

• Prawo Kirchhoffa dla prądu
• Prawo Kirchhoffa dla napięcia
• Prawo Ohma

Prąd stały i zmienny

• Prąd stały: Ma stałą wartość natężenia i kierunek przepływu.
• Prąd zmienny: Jego natężenie zmienia się w czasie, może być okresowy (np. sinusoidalny) lub nieokresowy.

Prąd przemienny charakteryzuje się regularnymi zmianami wartości natężenia w czasie z określoną częstotliwością.