Pojęcia ogólne
Zasady elektryczne pokazane w animacji i interaktywnie: zmieniasz parametry suwakami i od razu widzisz efekt. Bez oderwanych wzorów — wszystko w kontekście wizualnym.
Wielkości podstawowe i komponenty
Natężenie (prąd)
Prąd = przepływ ładunku elektrycznego przez przewód
Prąd I
8 A
1 A
1 C/s
I = Q / t
Prąd elektryczny I = ile ładunku (elektronów) przepływa na sekundę przez przewód. I = Q/t; jednostka: amper (A); 1 A = 1 C/s. Większe I → elektrony płyną szybciej.
Napięcie
Napięcie = różnica potencjałów, która „popycha” prąd (jak ciśnienie wody)
Napięcie U
12 V
1 V
1 J/C
Napięcie U = różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami; to „ciśnienie”, które popycha prąd (analogia: różnica wysokości wody). Jednostka: wolt (V); 1 V = 1 J/C.
Rezystancja
Przeciwstawia się przepływowi prądu; przy stałym napięciu większe R → mniejszy prąd
Rezystancja R
6 Ω
I = U/R
2.00 A
U
12 V
R = U / I = ρ · L / S
Rezystancja R przeciwstawia się prądowi. Przy stałym U, I = U/R (dwa razy większe R → o połowę mniejszy prąd). R = ρ·L/S (rośnie z długością, maleje z przekrojem). Jednostka: om (Ω). Prąd płynący przez R wytwarza ciepło: P = I²·R.
Moc
Energia zużywana na sekundę: P = U · I
Moc P
60 W
P = U · I · 1 W = 1 V · 1 A
Moc P = energia zużywana na sekundę = iloczyn napięcia i prądu (pole U×I). Jednostka: wat (W). Żarówka świeci jaśniej, gdy P rośnie.
Prawo Ohma
Zmieniaj napięcie i rezystancję; prąd płynie szybciej lub wolniej
Prąd I = U / R
2.00 A
Moc P = U · I
24 W
I = U / R · P = U · I
Cząstki płyną szybciej, gdy prąd jest większy. Przy mniejszym R lub większym U → I rośnie.
Trójkąt mocy
Jak moc pozorna dzieli się na czynną (P) i bierną (Q) w zależności od cos φ
Czynna P
8.5 kW
Bierna Q
5.3 kVAr
Moc pozorna S
10 kVA
P = S · cos φ (kW, użyteczna) · Q = S · sin φ (kVAr, bierna) · S = √(P² + Q²) (kVA). Mniejszy cos φ → więcej bezużytecznej mocy biernej.
Częstotliwość i okres
Ile oscylacji na sekundę wykonuje napięcie przemienne
Częstotliwość f
2 Hz
Okres T = 1/f
0.50 s
Częstotliwość (Hz) = liczba cykli na sekundę; okres T = 1/f. Sieć w Rumunii: 50 Hz (T = 20 ms).
Indukcyjność (Henr)
Cewka przeciwstawia się zmianie prądu; napięcie jest przesunięte o +90°
U_L = L · di/dt · 1 H = 1 V·s/A
Cewka magazynuje energię w polu magnetycznym i przeciwstawia się zmianie prądu. W prądzie przemiennym napięcie na cewce jest przesunięte o +90° przed prądem. Indukcyjność mierzy się w henrach (H).
Pojemność (Farad)
Kondensator ładuje się i rozładowuje wykładniczo (stała czasowa τ = R·C)
τ = R · C
1.0
Ładowanie
0 %
Kondensator magazynuje ładunek: Q = C · U. Ładuje się wykładniczo ze stałą czasową τ = R · C (przy 5τ jest naładowany w ~99 %). Pojemność mierzy się w faradach (F).
Pole magnetyczne
Kołowe pole wokół przewodu, przez który płynie prąd
Prąd wytwarza kołowe pole magnetyczne wokół przewodu; jego natężenie rośnie wraz z prądem. Zwrot: reguła prawej dłoni (kciuk = prąd, palce = pole).
Prąd przemienny → stały i pomiary
Prostownik — AC → CC
Przekształcanie prądu przemiennego w stały
Transformator (zmienia amplitudę zgodnie z przekładnią zwojów) → mostek prostowniczy (4 diody) → kondensator filtrujący → napięcie stałe.
Transformator zmienia napięcie zgodnie z przekładnią zwojów: U_wtórne = U_pierwotne / n. Mostek (4 diody) odwraca półfale ujemne; kondensator „wypełnia” przerwy (filtrowanie). Większy kondensator → mniejsze tętnienie.
Woltomierz i amperomierz
Jak podłączyć prawidłowo — i co się dzieje, gdy się pomylisz
Co mierzysz
Podłączenie
✓ Poprawnie. Woltomierz podłącza się RÓWNOLEGLE do odbiornika; amperomierz SZEREGOWO.
Woltomierz = duża rezystancja, RÓWNOLEGLE (mierzy napięcie na zaciskach). Amperomierz = mała rezystancja, SZEREGOWO (prąd przez niego płynie). Ich zamiana to klasyczny błąd.
Prawa Kirchhoffa
Prawa Kirchhoffa
Jak rozkładają się prądy i napięcia w połączeniu szeregowym i równoległym
I (total)
0.40 A
U1 / U2
4.0 / 8.0 V
I (comun)
0.40 A
Prawo napięciowe (KVL): na oczku U = U1 + U2. W połączeniu szeregowym prąd jest taki sam, a napięcie rozkłada się proporcjonalnie do R.
Szeregowo: I wspólny, U się rozkłada (U = U1 + U2 — KVL). Równolegle: U wspólne, I się rozkłada (I = I1 + I2 — KCL).
Generatory szeregowo i równolegle
Jak zmienia się napięcie i prąd, gdy łączysz kilka źródeł
Napięcie całkowite
24 V
Szeregowo (+ do −): napięcia się DODAJĄ → U = U1 + U2. Dostępny prąd pozostaje taki sam. (Np.: 2 baterie po 1,5 V szeregowo = 3 V.)
Szeregowo = napięcia się dodają (prąd niezmieniony). Równolegle = napięcie pozostaje, ale rośnie prąd maksymalny / autonomia. Przy połączeniu równoległym źródła muszą mieć takie samo napięcie (inaczej pojawiają się prądy wyrównawcze).
Układ trójfazowy
Sinusoidy trójfazowe
Trzy fazy przesunięte o 120° i prąd w przewodzie neutralnym przy ich niezrównoważeniu
Zrównoważone — prąd w przewodzie neutralnym ≈ 0 (trzy fazy znoszą się wektorowo).
Przy równych amplitudach suma trzech sinusoid przesuniętych o 120° jest zerowa → przewód neutralny nie jest obciążony. Zobacz stronę „Równowaga trójfazowa”, aby poznać obliczenia.
Wskazy trójfazowe (przesunięcie 120°)
Trzy napięcia jako wirujące wektory, przesunięte o 120° — układ symetryczny
Układ symetryczny (przesunięcia 120° / 240°) — suma wektorowa trzech ≈ 0 (znoszą się).
Suma wektorowa (wypadkowa)
0 V
wypadkowa = U_faza × |R⃗ + S⃗ + T⃗| · U_faza = 230 V · symetryczny (120°) → 0
Trzy fazy R/S/T to wektory (wskazy) o jednakowej długości, przesunięte o 120°. Przesuń przesunięcie S/T i obserwuj, jak ich suma wektorowa (wypadkowa) rośnie od zera. To demonstracja znoszenia się przy 120°: w rzeczywistej sieci przesunięcie jest stałe i wynosi 120°, a prąd w przewodzie zerowym wynika z nierównych obciążeń faz (zobacz stronę „Równowaga trójfazowa"), a nie ze zmiany kąta.
Gwiazda (Y) — Trójkąt (Δ)
Dwa sposoby połączenia układu trójfazowego
Odbiornik trójfazowy — 3 uzwojenia (np. silnik)
Napięcie fazowe (L–N)
230 V
Napięcie międzyfazowe (L–L)
400 V
Napięcie uzwojenia
230 V
Różni się tylko napięcie uzwojenia: gwiazda = 230 V · trójkąt = 400 V
Gwiazda (Y): każde uzwojenie jest połączone między fazą a zerem → widzi napięcie fazowe = 230 V (= U_linii / √3). Prąd liniowy = prąd uzwojenia.
Napięcia sieci są stałe i znormalizowane: 230 V między fazą a zerem, 400 V między fazami (U_linii = √3 × U_fazowe). Przy gwiazda/trójkąt NIE zmieniają się te napięcia, lecz to, ile napięcia dociera do każdego uzwojenia: w gwieździe 230 V (faza–zero), w trójkącie 400 V (faza–faza). Stąd rozruch GWIAZDA-TRÓJKĄT: startujesz w gwieździe (uzwojenie dostaje tylko 230 V → zmniejszony prąd rozruchowy), potem przełączasz na trójkąt dla pełnej mocy.
Zabezpieczenia
Charakterystyki MCB — B / C / D
Gdzie wyzwala wyłącznik: cieplnie (przeciążenie) czy magnetycznie (zwarcie)
Charakterystyka wyzwalania
Poniżej 1,13 × In nie wyzwala. Między 1,13 × In a progiem charakterystyki → cieplnie (powoli). Powyżej progu charakterystyki (B 3× · C 5× · D 10× In) → magnetycznie (natychmiast).
RCD / przekładnik — prąd różnicowy
Jak różnicowy „wyczuwa” upływ prądu do ziemi
Próg wyzwolenia: 30 mA
✓ Poniżej progu — nie wyzwala
W normalnej pracy prąd wchodzący fazą (L) = prąd wychodzący przewodem neutralnym (N) → suma w przekładniku = 0. Upływ do ziemi (dotyk, uszkodzenie izolacji) odprowadza część prądu → I_L > I_N; różnica (prąd różnicowy) jest wykrywana przez przekładnik. Przy ≥ 30 mA RCD wyzwala (Art. 4.1.5.2.1).
Dyskusja
Komentarze są moderowane przed publikacją. Twój e-mail nie jest wyświetlany publicznie.