Všetky materiály sú tvorené atómami a všetky atómy pozostávajú z protónov, neutrónov a elektrónov. Protóny majú kladný elektrický náboj. Neutróny nemajú elektrický náboj (to znamená, že sú neutrálne), zatiaľ čo elektróny majú negatívny elektrický náboj. Atómy sú navzájom spojené silnými príťažlivými silami existujúcimi medzi jadrom atómov a elektrónmi v jeho vonkajšom obale.

Keď sú tieto protóny, neutróny a elektróny spolu v atóme, sú kľudné a stabilné. Ale ak ich oddelíme od seba, chcú sa reformovať a začať uplatňovať potenciál príťažlivosti, ktorý sa nazýva potenciálny rozdiel.

Ak vytvoríme uzavretý obvod, tieto voľné elektróny sa začnú pohybovať a unášať späť k protónom v dôsledku ich príťažlivosti, ktorá vytvára tok elektrónov. Tento tok elektrónov sa nazýva elektrický prúd. Elektróny neprúdia voľne obvodom, pretože materiál, ktorým sa pohybujú, vytvára určité obmedzenie pre tok elektrónov. Toto obmedzenie sa nazýva rezistencia.

Potom všetky základné elektrické alebo elektronické obvody pozostávajú z troch samostatných, ale veľmi príbuzných elektrických veličín, ktoré sa nazývajú: napätie U, prúd I a odpor Ω.

Elektrické napätie

Napätie U je potenciálna energia elektrického zdroja uložená vo forme elektrického náboja. Napätie sa dá považovať za určitú silu, ktorá neustále tlačí elektróny cez vodič, a čím väčšie to napätie je, tým väčšia je jeho schopnosť "tlačiť" elektróny daným obvodom. Pretože energia má schopnosť pracovať, možno túto potenciálnu energiu opísať ako prácu potrebnú v jouloch na presun elektrónov vo forme elektrického prúdu okolo obvodu z jedného bodu alebo uzla do druhého.

Potom je rozdiel v napätí medzi ľubovoľnými dvoma bodmi, spojeniami alebo spojmi v obvode známy ako potenciálny rozdiel, ktorý sa bežne nazýva pokles napätia.

Potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi sa meria vo voltoch so symbolom obvodu V alebo malými písmenami "v", aj keď na označenie generovaného EMF (elektromotorická sila) sa niekedy používa energia E, malé písmeno "e". Preto čím väčšie napätie, tým väčší je tlak (alebo tlačná sila) a tým väčšia je schopnosť vykonávať prácu.

Zdroj konštantného napätia sa nazýva jednosmerné napätie a napätie, ktoré sa periodicky mení, sa nazýva striedavé napätie. Napätie sa meria vo voltoch, pričom jeden volt je definovaný ako elektrický tlak potrebný na vynútenie elektrického prúdu jedného ampéra cez odpor jedného Ohmu. Napätia sa všeobecne vyjadrujú vo voltoch s predponami použitými na označenie čiastkových násobkov napätia, ako sú mikrovolty μV = 10^-6 V), milivolty mV = 10^-3 V alebo kilovolty kV = 10³ V. Napätie môže byť buď kladné alebo záporné.

Všeobecné elektronické obvody, ktoré sú zstavené ako nízkonapäťové batérie s jednosmerným prúdom medzi 1.5 V až 24 V_SS. Symbol obvodu pre zdroj konštantného napätia sa zvyčajne označuje ako symbol batérie s kladným, + a záporným znakom - označujúcim smer polarity. Symbol obvodu pre zdroj striedavého napätia je kruh so sínusovou vlnou vo vnútri.

Napäťové symboly

Pre jednoduché porovnanie si uvedieme príklad medzi nádržou s vodou a zdrojom napätia. Čím vyššia je vodná nádrž nad výstupom (výpustným ventilom), tým väčší je tlak vody. Tento istý vzťah platí  pre uvoľňovanie energie, ktoré je úmerné veľkosti napätia, nakoľko sa uvoľňuje vyššia potenciálna energia vtedy, keď sa uvoľňuje viac elektrónov.

Napätie sa vždy meria ako rozdiel medzi ľubovoľnými dvoma bodmi v obvode a napätie medzi týmito dvoma bodmi sa všeobecne označuje ako "pokles napätia". Všimnite si, že napätie môže existovať v obvode bez prúdu, ale prúd nemôže existovať bez napätia a ako taký akýkoľvek zdroj napätia, či už DC alebo AC má rád stav otvoreného alebo pootvoreného obvodu, ale nenávidí akýkoľvek stav skratu, pretože by ho mohol zničiť.

Elektrický prúd

Elektrický prúd I je pohyb alebo tok elektrického náboja a meria sa v ampéroch a je označovaný symbolom i. Je to nepretržitý a rovnomerný tok (nazývaný drift) elektrónov (negatívnych častíc atómu) okolo obvodu, ktoré sú "tlačené" zdrojom napätia. V skutočnosti elektróny prúdia od záporného – ue vývodu ku kladnému + ue vývodu napájania a pre ľahšie pochopenie obvodu pre konvenčný prúdový tok predpokladá, že prúd preteká od kladného ku záporného pólu.

Všeobecne v schémach zapojenia má tok prúdu obvodom obvykle šípku spojenú so symbolom I alebo malým písmenom i, ktoré označujú skutočný smer toku prúdu. Táto šípka však zvyčajne označuje smer konvenčného prúdenia a nie nevyhnutne smer skutočného toku.

Konvenčný prúdový tok

Obvykle ide o tok kladného náboja okolo obvodu, ktorý je kladný až záporný. Schéma vyššie ukazuje pohyb kladného náboja okolo uzavretého obvodu, ktorý preteká od kladného pólu batérie cez obvod a vracia sa k zápornému pólu batérie. Tento tok prúdu od kladného do záporného je všeobecne známy ako konvenčný prúdový tok. Toto bola konvencia zvolená pri objave elektriny, pri ktorej sa predpokladalo, že smer elektrického prúdu preteká v obvode.

Tok elektrónov

Tok elektrónov okolo obvodu je opačný voči smeru bežného prúdu, ktorý je záporný až kladný. Skutočný prúd prúdiaci v elektrickom obvode sa skladá z elektrónov, ktoré prúdia zo záporného pólu batérie (katódy) a vracajú sa späť na kladný pól (anódu) batérie.

Je to tak preto, lebo náboj na elektróne je z definície záporný a je tak priťahovaný k kladnému pólu. Tento tok elektrónov sa nazýva tok elektrónového prúdu. Preto elektróny skutočne prúdia okolo obvodu od záporného pólu ku kladnému.

V mnohých učebniciach sa používa konvenčný prúdový aj elektrónový tok. V skutočnosti nezáleží na tom, akým spôsobom prúd prúdi okolo obvodu, pokiaľ sa dôsledne používa smer. Smer toku prúdu nemá vplyv na to, čo robí prúd v obvode. Všeobecne je oveľa jednoduchšie pochopiť konvenčný tok prúdu - pozitívny a negatívny.

V elektronických obvodoch je zdrojom prúdu prvok obvodu, ktorý poskytuje určité množstvo prúdu, napríklad 1 A, 5 A 10 A atď., So symbolom obvodu pre zdroj konštantného prúdu, ktorý je uvedený ako kruh so šípkou vo vnútri označujúcou jeho smer.

Prúd sa meria v ampéroch a ampér sa definuje ako počet elektrónov alebo náboja Q v Coulomboch prechádzajúcich určitým bodom obvodu za jednu sekundu t v sekundách.

Elektrický prúd sa všeobecne vyjadruje v ampéroch s predponami používanými na označenie mikroampérov μA = 10^-6A alebo miliampérov mA = 10^-3A. Upozorňujem, že elektrický prúd môže mať kladnú hodnotu alebo zápornú hodnotu v závislosti od smeru prúdenia okolo obvodu.

Prúd, ktorý preteká jedným smerom, sa nazýva jednosmerný prúd alebo DC, ktorý sa strieda v obvode striedavo, je známy ako striedavý prúd alebo AC. To, či striedavý alebo jednosmerný prúd preteká obvodom iba vtedy, keď je k nemu pripojený zdroj napätia jeho "tok" je obmedzený tak na odpor obvodu, ako aj na zdroj napätia, ktorý ho tlačí.

Pretože striedavé prúdy (a napätia) sú periodické a s časom sa menia, "efektívna" alebo "RMS" Root Mean Squared hodnota uvedená ako I_rms vytvára rovnakú priemernú stratu výkonu ekvivalentnú priemeru jednosmerného prúdu. Zdroje prúdu sú protikladom zdrojov napätia, pretože majú radi krátke alebo uzavreté okruhy, ale neznášajú podmienky otvoreného obvodu, pretože netečie žiadny prúd.

Pri použití vzťahu nádrže s vodou je prúd ekvivalentom prietoku vody potrubím, pričom prietok je rovnaký v celom potrubí. Čím rýchlejší prietok vody, tým väčší je prúd. Upozorňujem, že prúd nemôže existovať bez napätia, takže akýkoľvek prúdový zdroj, či už jednosmerný alebo striedavý, má rád skrat alebo "poloskrat", ale nenávidí akýkoľvek stav otvoreného obvodu, pretože mu bráni v pretečení.

Odpor

Odpor R je kapacita materiálu odolávať alebo zabrániť toku prúdu alebo presnejšie toku elektrického náboja v obvode. Prvok obvodu, ktorý to robí perfektne, sa nazýva "odpor".

Odpor je prvok obvodu meraný v ohmoch, grécky symbol Ω, Omega s predponami, ktoré sa používajú na označenie kiloohmov kΩ = 10³Ω a megaohmov MΩ = 10⁶Ω. Upozorňujem, že odpor nemôže mať zápornú hodnotu, iba kladnú.

Symboly rezistorov

Veľkosť odporu, je určená vzťahom prúdu, ktorý ním prechádza, k napätiu, ktoré ho vedie. To určuje, či je prvok obvodu "dobrý vodič" - nízky odpor alebo "zlý vodič" - vysoký odpor. Nízky odpor, napríklad 1 Ω alebo menej, znamená, že obvod je dobrý vodič vyrobený z materiálov, ako je meď, hliník alebo uhlík, zatiaľ čo vysoký odpor, 1 MΩ alebo viac znamená, že obvod je zlý vodič vyrobený z izolačných materiálov, ako je sklo, porcelán. alebo plast.

"Polovodič" na druhej strane, ako je kremík alebo germánium, je materiál, ktorého odpor je v polovici cesty medzi odporom dobrého vodiča a dobrého izolátora. Odtiaľ pochádza aj názov "polovodič". Polovodiče sa používajú na výrobu diód a tranzistorov atď.

Odpor môže mať lineárny alebo nelineárny charakter, nikdy však nie je negatívny. Lineárny odpor sa riadi Ohmovym zákonom, pretože napätie na rezistore je lineárne úmerné prúdu, ktorý ním prechádza. Nelineárny odpor neposlúcha Ohmov zákon, ale nastáva na ňom pokles napätia, ktorý je úmerný nejakej sile prúdu.

Odpor je čistý a nie je ovplyvnený frekvenciou s tým, že AC impedancia odporu sa rovná jeho jednosmernému odporu a vo výsledku nemôže byť záporná. Pamätajte, že odpor je vždy pozitívny a nikdy nie negatívny.

Rezistor je klasifikovaný ako pasívny prvok obvodu a ako taký nemôže dodávať energiu alebo akumulovať energiu. Namiesto toho rezistory absorbujú energiu, ktorá sa javí ako teplo a svetlo. Výkon v odpore je vždy kladný bez ohľadu na polaritu napätia a smer prúdu.

Pre veľmi nízke hodnoty odporu, napríklad milli-ohmov mΩ, je niekedy oveľa jednoduchšie použiť recipročnú hodnotu odporu 1 / R než samotný odpor R) Prevrátená hodnota odporu sa nazýva Vodivosť, symbol G a predstavuje schopnosť vodiča alebo zariadenia viesť elektrinu. Inými slovami, ľahkosť, ktorou preteká prúd. Vysoké hodnoty vodivosti znamenajú dobrý vodič, napríklad meď, zatiaľ čo nízke hodnoty vodivosti, znamenajú zlý vodič, napríklad drevo. Štandardná jednotka merania vodivosti je Siemens, symbol S.

Jednotkou používanou pre vodivosť je mho (ohm posunutý dozadu), ktorý je symbolizovaný obráteným Ohm znakom ℧. Sila môže byť tiež vyjadrená pomocou vodivosti ako: p = i² / G = u²G.

Vzťah medzi napätím v a prúdom i v obvode s konštantným odporom R by vytvoril priamy vzťah i - u so sklonom rovným hodnote odporu tak, ako je znázornené nižšie.

Zhrnutie napätia, prúdu a odporu

Dúfajm, že by ste už mali mať predstavu o tom, ako elektrické napätie, prúd a odpor spolu úzko súvisia. Vzťah medzi napätím, prúdom a odporom tvorí základ Ohmovho zákona. V lineárnom obvode s pevným odporom, ak zvýšime napätie, prúd stúpa a podobne, ak znížime napätie, prúd klesá. To znamená, že ak je napätie vysoké, prúd je vysoký a ak je napätie nízke, prúd je nízky.

Rovnako tak, ak zvýšime odpor, prúd pre dané napätie poklesne a ak odpor znížime, prúd stúpa. Čo znamená, že ak je odpor vysoký, prúd je nízky a ak je odpor nízky, prúd je vysoký.

Potom môžeme vidieť, že tok prúdu okolo obvodu je priamo úmerný ∝ napätiu, U ↑ spôsobuje I ↑, ale nepriamo úmerne 1 / ∝ k odporu ako, R ↑ spôsobuje I ↓.

Základné zhrnutie týchto troch jednotiek je uvedené nižšie.

• Rozdiel napätia alebo potenciálu je miera potenciálnej energie medzi dvoma bodmi v obvode a bežne sa nazýva "pokles napätia".
• Keď je zdroj napätia pripojený k obvodu s uzavretou slučkou, napätie bude produkovať prúd prúdiaci okolo obvodu.
• V zdrojoch jednosmerného napätia sa symboly + ue (kladné) a −ue (záporné) používajú na označenie polarity napájacieho zdroja.
• Napätie sa meria vo voltoch a má symbol U pre napätie alebo E pre elektrickú energiu.
• Tok prúdu je kombináciou toku elektrónov a toku otvorov obvodom.
• Prúd je nepretržitý a rovnomerný tok náboja okolo obvodu, ktorý sa meria v ampéroch a má symbol I.
• Prúd je priamo úmerný napätiu I ∝ U
• Efektívna rms hodnota striedavého prúdu má rovnakú priemernú stratu výkonu ekvivalentnú jednosmernému prúdu pretekajúcemu odporovým prvkom.
• Odpor predstavuje opozíciu voči prúdu prúdiacemu okolo obvodu.
• Nízke hodnoty odporu znamenajú vodič a vysoké hodnoty odporu izolátor.
• Prúd je naopak proporcionálny k odporu I 1 / ∝ R
• Odpor sa meria v ohmoch a má grécky symbol Ω alebo písmeno R.