Relația fundamentală dintre tensiune, curent și rezistență într-un circuit electric sau electronic se numește Legea lui Ohm.

Toate materialele sunt formate din atomi și toți atomii constau din protoni, neutroni și electroni. Protonii au o sarcină electrică pozitivă. Neutronii nu au nicio sarcină electrică în timp ce electronii au o sarcină electrică negativă. Atomii sunt legați împreună de puternice forțe de atracție existente între nucleul atomilor și electronii din straturile sale exterioare.

Când acești protoni, neutroni și electroni sunt împreună în interiorul atomului, sunt fericiți și stabili. Dar dacă îi separăm unii de alții, vor să revină și să înceapă să exercite un potențial de atracție numit diferență de potențial.

Acum, dacă vom crea un circuit închis, acești electroni liberi vor începe să se miște și se întorc înapoi la protoni datorită atracției acestora, creând un flux de electroni. Acest flux de electroni se numește curent electric. Electronii nu circulă liber prin circuit, deoarece materialul prin care se deplasează creează o restricție la fluxul de electroni. Această restricție se numește rezistență.

Atunci, toate circuitele electrice sau electronice de bază constau din trei cantități electrice separate, dar foarte legate, numite: Tensiune, (V), Curent, (I) și Rezistență, (Ω).

Tensiunea electrică

Tensiunea (V) este energia potențială a unei surse electrice stocate sub forma unei sarcini electrice. Tensiunea poate fi considerată ca fiind forța care împinge electronii printr-un conductor și cu cât este mai mare tensiunea, cu atât mai mare este capacitatea ei de a "împinge" electronii printr-un circuit dat. Deoarece energia are capacitatea de a face lucru, această energie potențială poate fi descrisă ca fiind lucrul necesar, în jouli, pentru a muta electronii, sub forma unui curent electric, printr-un circuit dintr-un punct sau nod în altul.

Atunci, diferența de tensiune între oricare două puncte, conexiuni sau joncțiuni (numite noduri) într-un circuit este cunoscută sub numele de Diferența Potențială, (p.d.) denumită frecvent Cădere de tensiune.

Diferența de potențial dintre două puncte este măsurată în volți, cu simbolul V, sau cu litere mici "v", cum energia E, litere mici "e", este uneori folosită pentru a indica o emf generată (forță electromotoare). Atunci cu cât este mai mare tensiunea, cu atât este mai mare presiunea (sau forța de împingere) și cu atât mai mare este capacitatea de a face lucru.

O sursă de tensiune constantă se numește tensiune DC, iar o tensiune care variază periodic în timp se numește o tensiune AC. Tensiunea este măsurată în volți, cu un volt definit ca presiunea electrică necesară pentru a forța un curent electric de un amper printr-o rezistență de un ohm. Tensiunile sunt în general exprimate în volți cu prefixe utilizate pentru a desemna submultipli ai tensiunii, cum ar fi microvolți (μV=10^-6 V), milivolți (mV=10^-3 V) sau kilovolți (kV=10³ V). Tensiunea poate fi pozitivă sau negativă.

Bateriile sau sursele de alimentare sunt utilizate în principal pentru a produce o sursă constantă de tensiune DC (curent continuu), cum ar fi 5V, 12V, 24V etc. în circuitele și sistemele electronice. În timp ce sursele de tensiune AC (curent alternativ) sunt disponibile pentru alimentarea locuinței și industriale și pentru iluminatul industrial, precum și pentru transmisii de putere. Alimentarea cu tensiune în Europa este în prezent de 230 volți a.c. și 110 volți a.c. în SUA.

Circuitele electronice generale funcționează cu surse de joasă tensiune între 1,5V și 24V dc. Simbolul de circuit pentru o sursă de tensiune constantă, dat de obicei ca simbolul bateriei cu semnul pozitiv + și negativ -, indicând direcția polarității. Simbolul de circuit pentru o sursă de tensiune alternativă este un cerc cu o undă sinus în interior.

Simboluri de tensiune

Se poate face o relație simplă între un rezervor de apă și o sursă de tensiune. Cu cât este mai mare rezervorul de apă deasupra orificiului de ieșire, cu cât este mai mare presiunea apei, și este eliberată mai multă energie. Cu cât tensiunea este mai mare cu atât energia potențială este mai mare și sunt eliberați mai mulți electroni.

Tensiunea este întotdeauna măsurată ca diferența dintre oricare două puncte dintr-un circuit și tensiunea dintre aceste două puncte este denumită în general "cădere de tensiune". Rețineți că tensiunea poate exista pe un circuit fără curent, dar curentul nu poate exista fără tensiune și, ca atare, orice sursă de tensiune DC sau AC îi place o stare de circuit deschis sau semi-deschis, dar urăște orice stare de scurtcircuit, deoarece acest lucru o poate distruge.

Curentul electric

Curentul electric, (I) este mișcarea sau fluxul de sarcină electrică și este măsurat în Amperi, simbol i, pentru intensitate). Este un flux continuu și uniform (numit un derivat) de electroni (particule negative ale unui atom) într-un circuit, care este "împins" de sursa de tensiune. În realitate, electronii curg de la terminalul negativ (-ve) la terminalul pozitiv (+ve) al alimentării și, pentru a înțelege mai ușor circuitul curentului, convențional se presupune că curentul curge de la terminalul pozitiv la cel negativ.

În general, în diagramele de circuit, fluxul de curent prin circuit are, de obicei, o săgeată asociată cu simbolul I, sau cu litere mici i, pentru a indica direcția reală a fluxului de curent. Totuși, această săgeată indică, de obicei, direcția curentului convențional de curent și nu neapărat direcția fluxului real.

Fluxul convențional al curentului

Fluxul de electroni

Fluxul de electroni într-un circuit este opus direcției fluxului convențional al curentului fiind de la negativ la pozitiv. Curentul real care curge într-un circuit electric este compus din electroni care curg de la polul negativ al bateriei (catodul) și se întorc înapoi la polul pozitiv (anodul) al bateriei.

Acest lucru se datorează faptului că sarcina unui electron este negativă prin definiție și astfel este atrasă de terminalul pozitiv. Acest flux de electroni se numește flux de curent de electroni.

Atât curgerea convențională a curentului cât și fluxul de electroni sunt utiliza-te de mai multe manuale. De fapt, nu are nici o importanță în ce mod curentul curge în circuit ,atâta timp cât direcția este utilizată în mod consecvent. Direcția fluxului de curent nu afectează ceea ce face curentul în circuit. În general, este mult mai ușor de înțeles fluxul convențional de curent - de la pozitiv la negativ.

În circuitele electronice, o sursă de curent este un element de circuit care furnizează o anumită cantitate de curent, de exemplu, 1A, 5A, 10 Amperi etc, cu simbolul de circuit pentru o sursă de curent constant dată ca un cerc cu o săgeată în interior indicând direcția sa.

Curentul este măsurat în Amperi și un amp sau amper este definit ca numărul de electroni sau sarcini (Q în Coulombi) care trec printr-un anumit punct din circuit într-o secundă (t în secunde).

Curentul electric este exprimat în general în Amperi cu prefixe utilizate pentru a desemna microamperi (μA = 10^-6 A) sau milliamperi (mA = 10^-3 A). Rețineți că curentul electric poate fi pozitiv sau negativ în funcție de direcția de curgere.

Curentul care curge într-o singură direcție se numește curent direct (DC), sau curent continuu și curent care alternează înainte și înapoi prin circuit este cunoscut drept curent alternativ sau AC. Un curent AC sau DC circulă prin circuit numai dacă o sursă de tensiune este conectată la acesta, debitul fiind limitat atât de rezistența circuitului, cât și de sursa de tensiune care îl împinge.

Deoarece curenții alternativi (și tensiuni) sunt periodici și variază cu timpul, valoarea „efectivă“ sau „RMS“ (rădăcina medie pătratică) dată ca Irms produce aceeași pierdere de putere medie echivalentă cu un curent DC Imediu. Sursele de curent sunt opuse surselor de tensiune prin faptul că le plac condițiile de scurtcircuit sau de circuit închis, dar urăsc condițiile de circuit deschis, deoarece nu va curge curentul.

Folosind relația dintre rezervor și apă, curentul este echivalentul fluxului de apă prin țeavă, cu debitul fiind același în întreaga conductă. Cu cât este mai rapid debitul de apă, cu atât este mai mare curentul. Rețineți că un curent nu poate exista fără tensiune, astfel încât orice sursă de curent, fie DC fie AC, îi place o stare de scurtcircuit sau semi-scurtcircuit, dar urăște orice stare deschisă, deoarece aceasta împiedică curgerea curentului.

Rezistenţa

Rezistența (R) este capacitatea unui material de a rezista sau de a împiedica curgerea curentului sau, mai precis, a sarcinii electrice într-un circuit. Elementul de circuit care face acest lucru perfect se numește "Rezistor".

Rezistența este un element de circuit măsurată în Ohmi, simbol grecesc (Ω, Omega) cu prefixe folosite pentru a nota kilo-ohmi (kΩ = 10³ Ω) și Mega-ohmi (MΩ = 10⁶ Ω). Rețineți că rezistența nu poate fi decât pozitivă.

Simboluri de rezistoare

Cantitatea de rezistență pe care un rezistor o are este determinată de relația curentului prin acesta cu tensiunea pe el care determină dacă elementul de circuit este un "conductor bun" - rezistență scăzută sau un "conductor rău" - rezistență ridicată. Rezistența scăzută, de exemplu 1Ω sau mai puțin, implică faptul că circuitul este un conductor bun realizat din materiale cum ar fi cupru, aluminiu sau carbon, în timp ce o rezistență ridicată, de 1MΩ sau mai mult, implică faptul că circuitul este un conductor rău făcut din materiale izolante, cum ar fi sticlă, porțelan sau plastic.

Un "semiconductor" pe de altă parte, cum ar fi siliciul sau germaniul, este un material a cărui rezistență se află la jumătatea distanței între un conductor bun și un bun izolator. De aici și numele de "semiconductor". Semiconductorii sunt utilizați pentru a realiza diode și tranzistoare etc.

Rezistența poate fi liniară sau neliniară, dar niciodată negativă. Rezistența liniară respectă Legea lui Ohm, deoarece tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul prin el. Rezistența neliniară nu se supune legii lui Ohm, dar are o cădere de tensiune pe ea, proporțională cu puterea curentului.

Rezistența este pură și nu este afectată de frecvență, impedanța AC a unei rezistențe fiind egală cu rezistența sa DC și, ca rezultat, nu poate fi negativă. Rețineți că rezistența este întotdeauna pozitivă și niciodată negativă.

Un rezistor este clasificat ca un element de circuit pasiv și ca atare nu poate furniza energie sau să stocheze energie. În schimb, rezistorii au absorbit putere care apare ca căldură și lumină. Puterea la o rezistență este întotdeauna pozitivă indiferent de polaritatea tensiunii și direcția curentului.

Pentru valori foarte scăzute ale rezistenței, de exemplu miliohmi (mΩ), este uneori mult mai ușor să se folosească inversa rezistenței (1/R) decât rezistența (R). Inversa rezistenței se numește conductanță, simbol (G) și reprezintă capacitatea unui conductor sau a unui dispozitiv de a conduce electricitate. Cu alte cuvinte, ușurința cu care curge curentul. Valorile ridicate ale conductanței implică un conductor bun, cum ar fi cuprul, în timp ce valorile scăzute ale conductanței implică un conductor rău, cum ar fi lemnul. Unitatea standard de măsură dată pentru conductanță este Siemen, simbol (S).

Unitatea utilizată pentru conductanță este mho (ohm rostit de la coadă), care este simbolizat printr-un semn Ohm inversat ℧ . Puterea poate fi exprimată folosind conductanța ca: P = I² /G = V² G .

Relația dintre tensiune, (V) și curent (I) într-un circuit cu rezistență constantă (R) ar produce o linie dreaptă IV cu panta egală cu valoarea rezistenței, ca mai jos.

Rezumat: Tensiune, curent și rezistență

Sperăm că până acum ar trebui să aveți o idee despre modul în care tensiunea electrică, curentul și rezistența sunt strâns corelate împreună. Relația dintre tensiune, curent și rezistență constituie baza legii lui Ohm. Într-un circuit liniar de rezistență fixă, dacă creștem tensiunea, curentul crește și, similar, dacă scădem tensiunea, curentul coboară. Aceasta înseamnă că, dacă tensiunea este ridicată, curentul este ridicat, iar dacă tensiunea este scăzută, curentul este scăzut.

De asemenea, dacă creștem rezistența, curentul coboară pentru o anumită tensiune și dacă scădem rezistența curentul crește. Ceea ce înseamnă că dacă rezistența este ridicată curentul este scăzut și dacă rezistența este scăzută curentul este ridicat.

Atunci putem observa că fluxul de curent într-un circuit este direct proporțional (α) cu tensiunea (V↑ produce I↑), dar invers proporțional (1/α) cu rezistența, deoarece (R↑ produce I↓).

Un rezumat de bază al celor trei unități este prezentat mai jos.

• Tensiunea sau diferența de potențial este măsura energiei potențiale între două puncte dintr-un circuit și este denumită în mod obișnuit "cădere de tensiune".

• Când o sursă de tensiune este conectată la un circuit cu buclă închisă, tensiunea va produce un curent care curge prin circuit.

• În sursele de tensiune DC simbolurile +ve (pozitiv) și -ve (negativ) sunt utilizate pentru a indica polaritatea alimentării cu tensiune.

• Tensiunea este măsurată în volți și are simbolul V pentru tensiune sau E pentru energia electrică.

• Circulația curentului este o combinație a fluxului de electroni și a fluxului de goluri printr-un circuit.

• Curent este fluxul continuu și uniform de sarcini în circuit și se măsoară în amperi și are simbolul I.

• Curentul este direct proporțional cu tensiunea (IαV)

• Valoarea efectivă (rms) a unui curent alternativ are aceeași pierdere de putere medie echivalentă cu un curent direct care curge printr-un element rezistiv.

• Rezistența este opoziția față de curentul care circulă într-un circuit.

• Valorile scăzute ale rezistenței implică un conductor și valorile ridicate ale rezistenței implică un izolator.

• Curentul este invers proporțional cu rezistența (I 1/α R)

• Rezistența este măsurată în Ohmi și are simbolul grecesc Ω sau litera R .

În următorul tutorial, despre circuitele DC, vom analiza legea lui Ohm, care este o ecuație matematică ce explică relația dintre tensiune, curent și rezistență în circuitele electrice și este fundamentul electronicii și ingineriei electrice. Legea lui Ohm este definită ca: V = I*R .