Czym jest napięcie i natężenie prądu?

Napięcie i natężenie to dwie wielkości, które charakteryzują prąd elektryczny. Różnią się diametralnie, a mimo tego często są mylone. Co je odróżnia i jak się nimi posługiwać prawidłowo?

Co to jest prąd elektryczny?

Zanim powiemy sobie, czym jest prąd i napięcie, najpierw warto wiedzieć, co to w ogóle jest prąd elektryczny. Według definicji, prądem jest uporządkowany ruch nośników ładunku elektrycznego.

Czyli, na przykład, ruch elektronów lub jonów w jednę stronę można zaklasyfikować jako prąd elektryczny. Co ciekawe, jako umowny kierunek przepływu prądu przyjmuje się kierunek przemieszczania się ładunków dodatnich. Tymczasem, w rzeczywistości często mamy do czynienia z przepływem ujemnie naładowanych elektronów, które przemieszczają się w odwrotną stronę. Ta drobna rozbieżność jest powodem wielu sporów i niejasności, dlatego warto ją znać.

Skąd bierze się prąd?

Przyczyną występowania przepływu prądu jest napięcie elektryczne. Gdyby nie ono, nośnikom ładunku “nie chciałoby się” ruszyć z miejsca i dokądkolwiek się przemieszczać - wolałyby tkwić nieruchomo lub krążyć chaotycznie. Zatem napięcie jest “siłą”, która wywołuje ruch elektronów.

Najpierw: napięcie

Nawet cudzysłów nie jest tutaj szczególnie potrzebny, gdyż dawne określenie wartości napięcia (na zaciskach baterii lub innego źródła) nazywano właśnie siłą elektromotoryczną, w skrócie SEM. Napięcie to różnica potencjałów elektrycznych dwóch punktów.

Jak wyobrazić sobie napięcie? Załóżmy, że źródło napięcia (na przykład prądnica) dokonuje rozdzielenia grup ładunków elektrycznych. Dodatnie umieszcza na jednym zacisku, a ujemne na drugim. Zgodnie z prawem Coulomba, one chcą się do siebie przybliżyć. Napięcie, podawane w woltach [V] jest miarą właśnie tej chęci.

Często jest również stosowana analogia wodna, w której strumień ładunków jest zamieniany na ruch cząsteczek wody. Wtedy napięcie to po prostu ciśnienie tej wody. Im wyższe ciśnienie, tym chętniej woda chce się wydostać.

Samo napięcie może istnieć dowolnie długo. Jego utrzymanie nie wiąże się z czymkolwiek - na przykład, baterie sprzedawane w kioskach mogą mieć to samo napięcie przez wiele lat i tracą je tylko w wyniku zachodzących w ich wnętrzach reakcji chemicznych.

Później: prąd

Prąd może zaistnieć dopiero wtedy, kiedy mamy napięcie. Wtedy przepływ prądu jest skutkiem istnienia napięcia między zaciskami jego źródła. Natężenie prądu to ilość ładunku elektrycznego przenoszona w jednostce czasu. W praktyce, mierzy się je i wyraża w amperach [A].

Przepływ prądu możemy przyrównać do krążenia wody w zamkniętym obiegu - na przykład, kiedy porusza ją turbina. Im więcej wody przepływa przez rurę, tym większe jest natężenie prądu.

Konkluzja

Na podstawie tych opisów, można wskazać kilka istotnych różnic między prądem i napięciem. Ich poznanie pozwoli uniknąć wielu błędów i nieporozumień.

Po pierwsze, prąd płynie przez jakiś przewód lub element, a napięcie występuje pomiędzy dwoma punktami - na przykład, między dwoma zaciskami baterii. Do określenia natężenia prądu potrzebny jest jeden punkt, a do napięcia - dwa.

Dlatego prąd zaznacza się strzałką umieszczoną na przewodzie, a napięcie strzałką umieszczoną obok elementu. Strzałkujemy zawsze umowny ruch nośników ładunku dodatniego, czyli zakładamy, że płynie on od dodatniego zacisku źródła napięcia do ujemnego.

Strzałkowanie napięcia polega na umieszczeniu strzałki w taki sposób, aby jej grot wskazywał na potencjał wyższy, czyli dodatni. Mówiąc prościej, na “plus” baterii lub zasilacza. Wtedy kierunek prądu i napięcia przy jego źródle jest zgodny, a przy odbiorniku (którym w powyższym przykładzie jest rezystor) przeciwny.

Napięcie elektryczne podajemy w jednostkach zwanych woltami [V], a natężenie prądu w amperach [A].

Powtórzę na koniec: napięcie występuje lub odkłada się na elemencie lub między jego zaciskami, a prąd płynie przez element lub przewód.