Sprzęt elektroniczny w dzisiejszych czasach towarzyszy nam na każdym kroku. W wielu przypadkach już nie wyobrażamy sobie życia bez niego, a często nawet nie zdajemy sobie sprawy z tego jak on właściwie działa? Jeżeli masz odrobinę zdolności manualnych i chęci wykorzystania sprzętu z nadgryzionym jabłkiem do nietypowych rozwiązań, a przy okazji chcesz tworzyć swoje własne układy elektroniczne to ta seria jest dla Ciebie!

Strona 2 z 2

Podstawy teoretyczne

Do zrozumienia praktycznego stosowania konkretnych elementów elektronicznych istotne jest zapoznanie się z trzema fundamentalnymi parametrami: natężenia, napięcia oraz oporu elektrycznego. Spróbuje wytłumaczyć zależność między nimi na przykładzie koryta rzeki, ale proszę bądźcie świadomi, że jest to duże uproszczenie i ma na celu jedynie zobrazować zjawiska fizyczne z nimi związane.

Natężenie prądu (prąd elektryczny)

Obrazowo możemy przyjąć, że jest to ilość wody jaka przepłynie przez wycinek rzeki (a dokładniej jej przekrój) w jednostce czasu (sekundzie). Używając bardziej fachowego języka: "natężenie prądu to wielkość fizyczna charakteryzująca przepływ prądu elektrycznego zdefiniowana jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku”.

Symbolem natężenia prądu na schematach i wzorach jest litera I, natomiast jego jednostką jest Amper [A]. Bardzo często w oznaczeniach komponentów elektronicznych będą pojawiać się jego tysięczne części w formie mA (1000mA to 1A, 0,1A to 100mA itd.)

Napięcie elektryczne

Posługując się przykładem możemy przyjąć, że jest to różnica w poziomach rzeki (jej nachyleniem). Im większy spad (różnica poziomów) tym woda szybciej płynie. Używając bardziej fachowego języka: "napięcie elektryczne to różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego".

Symbolem napięcia elektrycznego na schematach i wzorach jest litera U natomiast jego jednostką jest Wolt [V]. W większości projektów będziemy operować na wartościach 3,3V lub 5V, gdyż na takie napięcia projektowane są układy Arduino.

Opór elektryczny (rezystancja)

Posługując się przykładem możemy przyjąć, że jest to przewężenie w korycie rzeki, które sprawia, że ilość wody jaka przepływa przez określony punkt w czasie jednej sekundy spada. Zarówno przed przewężeniem (cześć wody musi „czekać”, aż zmieści się w przewężeniu - punkt A na schemacie), w samym przewężeniu (mniejszy przekrój rzeki „nie pomieści” większej ilości wody - punkt B na schemacie) jak i po przewężeniu (w wyniku napotkanego przewężenia ilość napływającej wody się zmniejszyła - punkt C na schemacie). Używając bardziej fachowego języka: „opór elektryczny to wielkość charakteryzująca relację między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego".

Symbolem oporu elektrycznego jest litera R natomiast jego jednostką jest Om [Ω]. Elementem w układach elektronicznych odpowiadającym za „stwarzanie” oporu jest rezystor zwany też opornikiem. W praktyce będziemy głównie stosować rezystory o wartościach kilkuset (np. 220Ω), kilku tysięcy (np. 4,7kΩ) a nawet mega Om (np. 1 MΩ).

Prawo Ohma

Zanim przejdziemy do matematycznej części jednego z najważniejszych praw elektroniki wyobraźmy sobie przezroczystą rurkę, a w środku niej małe kulki. Im bardziej przechylimy rurkę, tym szybciej kulki będące w jej środku będą się przemieszczać. Natomiast jeżeli ściśniemy w jakimś miejscu rurkę sprawimy, że kulki będą miały „problem z przemieszczaniem się” przez co ilość kulek jaka przepłynie przez to miejsce będzie mniejsza niż gdyby nie napotkały żadnej przeszkody. Mając to wyobrażenie możemy teraz przyporządkować kulki do przemieszczających się ładunków prądu elektrycznego, nachylenie rurki do napięcia, a zwężenie do oporu.

Spróbujmy teraz drogą dedukcji odpowiedzieć na poniższe pytania.

Jeżeli napięcie elektryczne rośnie to natężenie:

a) rośnie

b) maleje

Jeżeli opór (rezystancja) rośnie to natężenie:

a) rośnie

b) maleje

Jeżeli Twoim zdaniem poprawne odpowiedzi to 1 - a oraz 2 - b masz rację.

Zapisując dwa powyższe stwierdzenia w formie równania matematycznego otrzymamy wzór: I = U/R, który możemy przekształcić w U=I*R oraz R=U/I. Łatwo to zapamietać korzystając z poniższego schematu. Zasłaniamy symbol którego wartość chcemy obliczyć, a pozostałe dwie litery podają nam które z parametrów należy przez siebie podzielić lub pomnożyć.

Powyższe równania to przestawienie jednego z najważniejszych praw w elektronice - prawa Ohma, które głosi proporcjonalność natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia panującego między końcami przewodnika. W bardziej „znośnym” języku możemy napisać, że prąd płynący przez rezystor (lub podłączone do niego przewody) będzie równy napięciu występującemu na oporniku podzielonym przez rezystancję tego opornika.

Uff... dotrwaliśmy końca teorii, która pozwoli nam przejść do praktyki. W następnym wpisie cyklu "Makowe przygody z elektroniką" spróbujemy przekonać się, czy rzeczywistość idzie w parze z poznaną dzisiaj wiedzą.

Bibliografia:

Simon Monk, "ZABAWY Z ELEKTRONIKĄ Ilustrowany przewodnik dla wynalazców i pasjonatów", wyd. Helion, 2014