Obwód elektryczny

Schemat - Przykład obwodu złożonego z kondensatora, cewki i opornika połączonych równolegle ze źródłem napięcia

Obwód elektryczny – układ źródeł elementów tworzących drogę zamkniętą dla prądu elektrycznego. Obwód elektryczny tworzą: źródła prądowe i napięciowe, przewody elektryczne, wyłączniki oraz odbiornik. Odwzorowaniem graficznym obwodu jest schemat.

Podział obwodów elektrycznych

Podstawowy podział obwodów elektrycznych obejmuje dwa następujące rodzaje:

• obwody liniowe w których wszystkie elementy spełniają prawo Ohma,
• obwody nieliniowe w których dla niektórych elementów zależność pomiędzy prądem a napięciem jest funkcją nieliniową (rezystancja dynamiczna może przyjmować wartości ujemne).

Ze względu na czasową zależność natężenia prądu od czasu obwody dzieli się na:

• obwody prądu stałego,
• obwody prądu przemiennego.

Płynący w obwodzie elektrycznym prąd może przenosić informację wówczas podział obejmuje zależności czasowo-napięciowe^{[potrzebne źródło]}:

• obwody cyfrowe wartości napięcia mogą w takich obwodach przyjmować tylko określone poziomy, są skwantowane,
• obwody analogowe gdzie wartości prądu i napięcia mogą przyjmować ciągłe spektrum wartości.

Elementy obwodów elektrycznych

W elementach obwodu zachodzą trzy rodzaje procesów energetycznych:

• wytwarzanie energii (zamiana pewnej energii (np. mechanicznej) na energię elektryczną)
• akumulacja energii
• rozpraszanie energii

W elemencie idealnym, zachodzi tylko jeden z powyższych procesów (np. idealny rezystor - tylko rozpraszanie energii). Natomiast w elemencie rzeczywistym jednocześnie zachodzą dwa, a nawet i trzy procesy energetyczne. Jednakże, zawsze jeden proces dominuje nad pozostałymi.

Elementy mające zdolność do akumulacji i rozpraszania energii nazywany elementami pasywnymi, a pozostałe aktywnymi (źródła prądu i napięcia oraz np. tranzystor i dioda tunelowa).

Prawo Ohma

Podstawowym prawem stosowanym w obwodzie elektrycznym jest prawo Ohma. Określa ono zależność pomiędzy napięciem, prądem i rezystancją w pewnym odcinku obwodu.

Prawa Kirchoffa

W obwodach rozgałęzionych zachodzą ponadto prawa Kirchoffa.

Pierwsze prawo Kirchoffa (prądowe) dotyczy sumy algebraicznej natężeń prądów wpływających i wypływających do węzła.

Natomiast drugie prawo Kirchoffa (napięciowe)dotyczy bilansu napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym prądu stałego.

Łączenie elementów obwodów

Występują dwa główne sposoby łączenia elementów obwodów: połączenie szeregowe oraz połączenie równoległe. Łączymy zarówno źródła jak i odbiorniki. Bardziej złożone obwody powstają na skutek połączeń zarówno szeregowych jak i równoległych - są to obwody szeregowo-równoległe. Skomplikowane obwody szeregowo-równoległe można analizować m.in. za pomocą reguły praw Kirchoffa. Reguła ta umożliwia obliczenie natężenia prądów przepływających przez poszczególne elementy obwodu, jak również napięcia na nich.

Proste przykłady obwodów elektrycznych

Przykładem prostego obwodu prądu stałego może być latarka. Taki obwód składa się z małej żarówki, baterii, dwóch przewodów oraz wyłącznika. Prąd elektryczny płynie od dodatniego zacisku (bieguna) baterii, poprzez pierwszy przewód, włókno żarówki (jest to także rodzaj przewodu), drugi przewód i z powrotem, tyle że do ujemnego zacisku baterii Kiedy prąd elektryczny przepływa przez włókno, podgrzewa się ono i żarówka świeci.

Latarka jest przykładem takiego obwodu. Gdy przełącznik jest w stanie otwartym, połączenie jest przerwane, prąd elektryczny nie może przepłynąć przez obwód i żarówka nie świeci. Gdy przełącznik jest zamknięty, prąd płynie i żarówka świeci.

Jeśli przez włókno żarówki przepływa zbyt duży prąd, może się ono przepalić. By zapobiec takiemu zdarzeniu w obwodzie można umieścić bezpiecznik elektryczny (przerywacz obwodu). Gdy przez bezpiecznik przepływa zbyt duży prąd, przewód znajdujący się w nim przepala się i ulega stopieniu, tym samym przerywając obwód i zatrzymując przepływ prądu. Przewód umieszczony w bezpieczniku jest tak zaprojektowany, by uległ stopieniu zanim temu samemu zjawisku uległoby włókno żarówki.