Główna zawartość

Elektrotechnika

Kurs: Elektrotechnika > Rozdział 1

Lekcja 1: Pierwsze kroki

Definicje standardowych jednostek elektrycznych

Definicje standardowych jednostek elektrycznych: amper, kulomb, ładunek elektronu oraz wolt. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu wolontariuszy. Stworzone przez: Willy McAllister.

Jednostki elektryczne mogą być opisywane w sposób formalny, co właśnie teraz zrobimy. Standardowe jednostki elektryczne zdefiniowane są w specyficznej kolejności. Na początek zdefiniowany zostaje amper. Jest to podstawowa jednostka układu SI, która jako jedyna została wyprowadzona w wyniku eksperymentu.

Zaraz po amperze zostaje opisany kulomb i ładunek elektronu. Następnie zajmiemy się resztą naszych ulubieńców, wat, volt oraz om. Te pochodne jednostki są zdefiniowane przy pomocy amperów i innych podstawowych jednostek układu SI (metr, kilogram, sekunda).

[Co znaczy skrót SI? ]

Amper

Definicja jednostki natężenia prądu, ampera, wywodzi się z badań nad magnetyzmem. Prąd elektryczny w przewodach powoduje powstanie pól magnetycznych (Prawo Biota-Savarta, 1820). Natomiast te pola magnetyczne generują siły magnetyczne na przewodach (Prawo Ampère’a, 1825). Dwa równoległe, przewodzące prąd przewody wywierają na sobie siłę. Oficjalna definicja ampera brzmi następująco:

Amper jest natężeniem prądu stałego, który - jeśli płynie w dwóch równoległych przewodach o nieskończonej długości, o znikomym kołowym przekroju oraz umieszczonych w próżni o metr od siebie - powoduje, że przewody oddziaływują na siebie siłą równą $2 \cdot 10^{- 7}$ ‍ niutonów na metr długości.

Amper definiujemy doświadczalnie. Aby uzyskać

1

amper, należy wykonać następujące doświadczenie: ustaw równolegle dwa przewody o długości jednego metra i wykonaj dla nich pomiar siły za pomocą tensometru.

Do obu przewodów przyłóż ten sam prąd, płynący w tym samym kierunku. Podczas pomiarów siły zwiększaj lub zmniejszaj natężenie w przewodach aż do momentu, kiedy siła wyniesie

2 \cdot 10^{- 7}

niutonów. Według definicji natężenie jest wówczas równe 1 amper (Jest to eksperyment myślowy. W nowoczesnych laboratoriach standardowy amper mierzony jest w inny sposób.)

[Why the unusual value for force?]

Kulomb

Kulomb jest jednostką ładunku elektrycznego w układzie SI. Jego rozmiar opiera się na jednostce ampera. Kulomb jest zdefiniowany jako ilość ładunków przepływających przy natężeniu wynoszącym 1 amper.

1 amper = 1 kulomb / sekunda

co jest równoznaczne z

1 kulomb = 1 amper \cdot sekunda

Ładunek elektronu

W 1897 roku J.J. Thomson potwierdził istnienie elektronu. Dwanaście lat później (w 1909 roku) Robert Millikan wykonał eksperyment rozpylenia kropli oleju w powietrzu, aby wykazać stałość ładunku elektronu i wyznaczyć jego wartość.

Ładunek elektronu, wyrażony w kulombach , wynosi

e = - 1,602 176565 \cdot 10^{- 19} kulombów

Jeśli odwrócimy to wyrażenie, to możemy zauważyć, że kulomb może być wyrażony przez wielokrotność ładunku o wartości bezwzględnej ładunku elektronu (elektrony mają ładunek ujemny):

1 kulomb = 6,241 509343 \cdot 10^{18} |ładunku elektronów|

Pytania kontrolne

Ile jest elektronów w jednym amperze?

[Pokaż odpowiedź]

Ile jest kulombów w jednym jednym molu elektronów?
Jeden mol elektronów wynosi

6,022 14 \cdot 10^{23}

elektronów — Liczba Avogadra.

[Pokaż odpowiedź]

Wat

Wat jest jednostką mocy. Moc oznacza ilość przekazanej lub zużytej energii w jednostce czasu. Moc oznacza również tempo wykonywanej pracy. Mówiąc wprost, wat jest mocą, przy której praca wykonana w ciągu jednej sekundy jest równa jednemu dżulowi.

1 wat = 1 dżul / sekunda

Wolt

Wolt jest jednostką różnicy potencjałów elektrycznych. Różnica potencjałów elektrycznych nazywana jest również napięciem. Oficjalnie 1 wolt jest zdefiniowany jako różnica potencjałów pomiędzy dwoma punktami przewodu liniowego, w którym płynie prąd o natężeniu jednego ampera, zaś moc pobierana pomiędzy tymi punktami jest równa jednemu watowi.

1 wolt = 1 wat / amper

Wolt może być również wyrażony jako stosunek energii do ładunku elektrycznego

1 wolt = 1 dżul / kulomb

W artykule opisującym podstawowe pojęcia związane z elektrycznością znajdziesz intuicyjne, uproszczone wyjaśnienie pojęcia napięcia. Bardziej formalna definicja napięcia znajduje się w dziale poświęconym elektrostatyce.

Om

Om jest jednostką oporu elektrycznego. Według definicji opór pomiędzy dwoma punktami przewodu równa się 1 om, jeśli różnica potencjałów pomiędzy nimi równa się 1 wolt i płynie przez niego prąd o natężeniu 1 ampera.

1 ohm = 1 volt / ampere

Na tym zakończyliśmy przedstawienie podstawowego zestawu naszych ulubionych jednostek elektrycznych.

Układy Jednostek Miar

Na przestrzeni ostatnich 200 lat pojawiły się 3 główne układy jednostek:

SI jest międzynarodowym układem jednostek miar—z francuskiego: Système International d'Unités. SI jest nowoczesną formą systemu metrycznego i jest najczęściej stosowanym układem miar. Układ został opublikowany w 1960r., jako rezultat rozmów rozpoczętych już w 1948r. SI jest oparty na układzie Metr Kilogram Sekunda (MKS). W Polsce układ SI obowiązuje od 1966r.

MKS jest oparty na pomiarach długości w metrach, masy w kilogramach i czasu w sekundach. MKS jest powszechnie stosowany w inżynierii oraz w podstawach fizyki. W 1901r. zaproponowano, by uznać ten układ jako międzynarodowy. Najbardziej znajome jednostki elektryczne i magnetyczne-om, farad, kulomb itp.- należą do układu MKS.

CGS jest oparty na pomiarach długości w centymetrach, masy w gramach i czasu w sekundach. Został wprowadzony w 1874r. Układ CGS jest powszechnie używany w fizyce teoretycznej. Różnice pomiędzy układami SI oraz CGS są znacznie głębsze, niż proste przeskalowanie jednostek długości i masy.

Istnieje siedem podstawowych jednostek układu SI.

Podstawowe jednostki układu SI

Nazwa	Symbol	Oznaczenie
metr	$m$ ‍	długość
kilogram	$kg$ ‍	masa
sekunda	$s$ ‍	czas
amper	$A$ ‍	prąd elektryczny
kelwin	$K$ ‍	temperatura
kandela	$cd$ ‍	natężenie światła
mol	$mol$ ‍	liczność substancji

Jedna z podstawowych jednostek układu SI, amper, ma związek z elektrycznością. Amper ma taki sam status jak metr, kilogram czy sekunda, co oznacza, że jest on zdefiniowany jako samodzielna, niezależna od innych jednostka.

[Amper i kulomb]

Jednostki pochodne układu SI używane w elektryczności

Pozostałe jednostki elektryczne są pochodnymi układu SI. Zostały one utworzone poprzez kombinację podstawowych jednostek. Jeśli amper jest "pierwszą" jednostką elektryczną, to te pochodne jednostki elektryczne są tuż za nią.

Nazwa	Symbol	Oznaczenie	W jednostkach SI
kulomb	$C$ ‍	ładunek elektryczny	$A \cdot s$ ‍
wat	$W$ ‍	moc	$J / s$ ‍
wolt	$V$ ‍	napięcie (różnica potencjałów elektrycznych)	$W / A$ ‍
om	$Ω$ ‍	opór, impedancja	$V / A$ ‍
farad	$F$ ‍	pojemność	$C / V$ ‍
henr	$H$ ‍	indukcyjność	$Wb / A$ ‍
herc	$Hz$ ‍	częstotliwość	$s^{- 1}$ ‍
simens	$S$ ‍	przewodność	$A / V$ ‍ or $1 / Ω$ ‍
weber	$Wb$ ‍	strumień magnetyczny	$V \cdot s$ ‍
tesla	$T$ ‍	indukcja pola magnetycznego	$Wb / m^{2}$ ‍

[Bibliografia]

[Informacja o prawach autorskich]

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.