Основи Електрики

Що таке напруга, струм та опір? Фундаментальні поняття, що лежать в основі електротехніки та електроніки.

Фалес і бурштин

1. Вступ

Електрика — це сукупність явищ, пов'язаних із рухом та взаємодією електричних зарядів. Її історія починається з Фалеса Мілетського (близько 600 року до н.е.), який помітив, що потертий бурштин (грецькою — ēlektron) притягує легкі предмети. Сьогодні електрика є основою сучасних цифрових технологій, транспорту та промисловості.

Позитивний та негативний заряди

2. Електричний заряд (Q)

Електричний заряд має дискретну природу: мінімальний можливий заряд — це заряд електрона (приблизно 1.602 × 10⁻¹⁹ кулонів). Закон збереження заряду стверджує, що в замкненій системі сумарний заряд залишається незмінним. Існують позитивні та негативні заряди: однойменні відштовхуються, а різнойменні — притягуються. Одиниця вимірювання заряду — кулон (Кл).

Лінії напруженості електричного поля

3. Електричне поле (E)

Електричне поле — це невидима область навколо заряду, яка діє на інші заряди. Лінії напруженості завжди починаються від позитивного заряду та закінчуються на негативному. Потенціал поля (у вольтах) показує, скільки енергії має одиничний заряд у певній точці. Різниця потенціалів, або напруга, є причиною руху вільних зарядів.

Напрямок струму та рух електронів

4. Електричний струм (I)

Електричний струм — це спрямований рух вільних носіїв заряду. Його вимірюють в амперах (А). Для виникнення струму необхідні вільні носії заряду (наприклад, електрони в металі) та електричне поле (напруга). Реальний рух електронів відбувається від мінуса до плюса, хоча умовно напрямок струму вважають від плюса до мінуса.

Схема простого кола з джерелом та навантаженням

5. Електричне коло

Щоб електричний струм міг протікати, коло повинно бути замкненим. Воно складається з джерела живлення (наприклад, батареї), споживача (резистора або лампи), провідників із малим опором та вимикача для керування колом. Якщо коло розімкнене, рух зарядів припиняється.

Залежність опору від довжини та площі

6. Опір (R)

Електричний опір вимірюється в омах (Ω) і показує, наскільки матеріал перешкоджає руху зарядів. Опір залежить від матеріалу (питомого опору ρ), довжини провідника (L) та площі його перерізу (A): R = ρ × (L / A). Для металів опір зростає зі збільшенням температури.

Підсумкова схема взаємозв’язку основних понять

7. Підсумок

Електрика — це фундаментальне явище, що базується на взаємодії заряду, який створює електричне поле та напругу, що змушує струм рухатися через опір. Ці поняття є основою для подальшого вивчення напівпровідників і законів електричних кіл.