Prąd elektryczny jest to uporządkowany przepływ ładunków elektrycznych.

Umownie przyjmuje się, że prąd płynie od dodatniego do ujemnego bieguna baterii. Kierunek ruchu elektronów jest odwrotny.

Ładunek elektryczny to własność cząstek elementarnych, takich jak elektron czy proton, która jest odpowiedzialna za oddziaływanie elektromagnetyczne. Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych: dodatni (+) i ujemny (-). Elektrony noszą ładunek ujemny, podczas gdy protony mają ładunek dodatni.

Ładunki o przeciwnych znakach przyciągają się, natomiast o tych samych znakach odpychają się.

Jednostką miary ładunku elektrycznego w układzie SI jest kulomb (C).

Wzór: Q=I*t
Q - ładunek elektryczny (C)
I - natężenie prądu elektrycznego (A)
t - czas, przez który przepływa prąd (s).

Ładunek elementarny (e) to najmniejsza jednostka ładunku przenoszona przez elektron, wynosi około 1,6 x 10^-19 kulombów.

Całkowity ładunek w układzie izolowanym jest stały.

Oznacza to, że nie może zostać ani stworzony ani zniszczony żaden ładunek elektryczny - może tylko zmieniać swoje formy, ale suma wszystkich ładunków w układzie musi pozostać niezmienna.

Ogniwo elektryczne to pojedyncza komórka elektrochemiczna, która wytwarza napięcie elektryczne poprzez reakcje chemiczne. Zazwyczaj składa się z dwóch różnych metali (elektrod) umieszczonych w elektrolicie.

Bateria to zbiór połączonych ze sobą ogniw elektrycznych, które pracują wspólnie w celu dostarczania większej ilości energii elektrycznej. Bateria składa się z wielu ogniw, zazwyczaj ułożonych szeregowo lub równolegle, w celu zwiększenia napięcia, pojemności lub mocy.

W różnych stanach skupienia substancji nośnikami ładunków są różne cząstki:

• w metalach (ciała stałe) nośnikiem ładunków są elektrony, które swobodnie poruszają się między atomami;
• w roztworach nośnikami ładunków są jony;
• w gazach, nośnikami ładunków są zazwyczaj swobodnie poruszające się jony lub wolne elektrony.

Napięcie elektryczne między dwoma punktami (różnica potencjałów) to praca, którą może wykonać ładunek 1 C przepływający między tymi punktami.

Wzór: U=E/q
U - napięcie elektryczne
E - energia
q - ładunek elektryczny

Jednostką napięcia jest wolt (V).
1 V= 1 J/C

Napięcie mówi nam o ilości energii przypisanej do jednostki ładunku. Oznacza to, że im większe napięcie, tym większa siła napędowa dla ładunków. Na przykład, bateria o wyższym napięciu ma większą zdolność do przemieszczania ładunków niż bateria o niższym napięciu.

Natężenie prądu elektrycznego to ilość ładunku elektrycznego, który przepływa przez przewodnik w jednostce czasu.

Wzór: I=Q/t
I - natężenie prądu
Q - ładunek elektryczny
t - czas

Jednostką natężenia prądu jest amper (A).

Wzór: I = q/t I - natężenie prądu (A)
q - ładunek elektryczny (C)
t - czas (s)

Jeśli prąd wynosi 1 amper, oznacza to, że przez przewodnik przepływa ładunek w ilości 1 kulomba na 1 sekundę.

Główne cechy baterii to:

• Napięcie: określa siłę napięcie między elektrodami baterii wyrażane w woltach (V);
• Pojemność: określa ilość energii elektrycznej, jaką bateria może dostarczyć i jest mierzona w amperogodzinach (Ah) - większa pojemność oznacza, że bateria może dostarczyć więcej energii przez dłuższy czas.

Jednostką pojemności baterii jest amperogodzina (Ah).
1 Ah = 1 A * 1 h

1. amperogodzina oznacza ładunek, jaki przepływa przez obwód w czasie 1. godziny, gdy natężenie prądu wynosi 1 amper.

Do pomiaru napięcia elektrycznego służy woltomierz.

Do pomiaru natężenia prądu elektrycznego służy amperomierz.

Najprostszy obwód elektryczny składa się z trzech podstawowych elementów:

1. Źródło zasilania: może to być bateria, akumulator lub inne źródło prądu;
2. Odbiornik: element, który zużywa energię elektryczną, na przykład żarówka, dioda LED, silnik lub inny urządzenie elektryczne;
3. Przewodnik: materiał, który umożliwia przepływ prądu; może to być przewód wykonany z metalu.

Aby zmierzyć napięcie pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego należy podłączyć końcówki pomiarowe woltomierza równolegle do urządzenia, które chcemy zmierzyć.

Aby zmierzyć natężenie prądu elektrycznego w danym punkcie obwodu elektrycznego należy rozłączyć obwód i szeregowo włączyć do niego amperomierz.

Niepewność pomiaru jest to wskaźnik stopnia pewności lub dokładności pomiaru. Wiążę się głównie z precyzją przyrządu pomiarowego lub też dokładnością skalowania przyrządu.

Dla każdego pomiaru wartość mierzona jest wraz z deklaracją niepewności. Jest to ważne, ponieważ informuje o zakresie, w jakim wynik pomiaru jest wiarygodny.

Zasada zachowania energii, mówi, że w zamkniętym układzie fizycznym całkowita energia pozostaje stała w czasie.

Oznacza to, że energia nie może zostać ani stworzona, ani zniszczona – może jedynie zmieniać swoją formę.

W różnych procesach fizycznych energia może przechodzić z jednej formy do drugiej – na przykład z energii kinetycznej (związaną z ruchem) do energii potencjalnej (związaną z położeniem), ale całkowita suma tych różnych form energii pozostaje stała, o ile nie ma działania zewnętrznych sił lub oddziaływań.

W połączeniu równoległym elementy są połączone tak, że mają wspólne punkty początkowe i końcowe, ale są rozmieszczone równolegle względem siebie.

W połączeniu równoległym prąd ma kilka ścieżek do przejścia, ponieważ każdy z elementów jest podłączony bezpośrednio do tych samych dwóch punktów w obwodzie. Oznacza to, że napięcie na poszczególnych elementach w połączeniu równoległym jest takie samo, natomiast prąd może się różnić w zależności od charakterystyki elementów.

Połączenie szeregowe to sposób łączenia elementów w obwodzie elektrycznym, w którym elementy są ustawione jeden za drugim w jednym ciągłym szeregu.

W połączeniu szeregowym prąd ma tylko jedną drogę do przejścia przez wszystkie elementy. To oznacza, że prąd jest taki sam we wszystkich elementach, ponieważ musi przejść przez każdy z nich.

Stałe napięcie: Napięcie na poszczególnych gałęziach połączenia równoległego jest identyczne.

Podzielony prąd: Całkowity prąd wprowadzony do połączenia równoległego dzieli się między poszczególne gałęzie według ich oporu. Im mniejszy opór, tym większy prąd w danej gałęzi.

Zmienne obciążenie: Elementy w połączeniu równoległym mogą być oddzielnie wyłączane lub podłączane do obwodu bez wpływu na inne gałęzie.

Stały prąd: Prąd w całym obwodzie szeregowym jest taki sam, ponieważ jest tylko jedna droga, którą może płynąć.

Podzielone napięcia: Całkowite napięcie dostarczane do obwodu jest podzielone między poszczególnymi elementami w połączeniu szeregowym.

Sumowane rezystancje: Rezystancje poszczególnych elementów w połączeniu szeregowym sumują się, co oznacza, że całkowita rezystancja obwodu szeregowego jest sumą rezystancji poszczególnych elementów.

Szeregowe połączenie baterii polega na fizycznym połączeniu baterii w taki sposób, że dodatni biegun jednej baterii jest połączony z ujemnym biegunem następnej baterii. W efekcie otrzymuje się jedno zewnętrzne połączenie na początku szeregu oraz jedno zewnętrzne połączenie na końcu szeregu baterii.

W tym układzie napięcie całego szeregu baterii sumuje się. Na przykład, jeśli połączy się dwie baterie AA (1,5V) w sposób szeregowy, całkowite napięcie wyniesie 3V (1,5V + 1,5V). Im więcej baterii jest połączonych szeregowo, tym wyższe jest całkowite napięcie układu.

Połączenie baterii w szereg zwiększa napięcie całego układu. Pojemność pozostaje taka sama jak pojedynczej baterii. Szeregowe połączenie baterii jest używane, gdy potrzebne jest wyższe napięcie niż to, które mogłaby zapewnić pojedyncza bateria.

Równoległe połączenie baterii polega na fizycznym połączeniu baterii tak, że wszystkie dodatnie bieguny są ze sobą połączone oraz wszystkie ujemne bieguny baterii też są ze sobą połączone. W efekcie otrzymuje się jedno zewnętrzne połączenie dodatnie oraz jedno zewnętrzne połączenie ujemne.

W przypadku równoległego połączenia baterii napięcie całego układu pozostaje takie samo jak napięcie pojedynczej baterii. Pojemność układu równoległego zwiększa się w porównaniu do pojedynczej baterii, ponieważ sumuje się pojemności każdej z baterii. Na przykład, jeśli połączysz dwie baterie AA (1,5V) w sposób równoległy, całkowite napięcie pozostanie 1,5V, ale pojemność będzie sumą pojemności obu baterii.

Równoległe połączenie baterii jest używane, gdy potrzebujemy zwiększyć całkowitą pojemność układu, ale nie potrzebujemy wyższego napięcia. To połączenie często stosuje się w przypadku zasilania o większej pojemności w urządzeniach, gdzie potrzebne jest dłuższe działanie na jednym ładowaniu.

Kondensator jest to element elektryczny używany do przechowywania energii elektrycznej. Składa się z dwóch przewodzących powierzchni oddzielonych dielektrykiem (materiałem nieprzewodzącym), co tworzy układ zdolny do przechowywania ładunku.

Główne cechy kondensatora to:

• Pojemność: określa zdolność kondensatora do przechowywania ładunku. Mierzona jest w faradach (F). Kondensatory mogą mieć różne pojemności, od pikofaradów (pF) do faradów (F) i więcej;
• Napięcie pracy: maksymalne napięcie, jakie kondensator może bezpiecznie obsłużyć, zanim ulegnie uszkodzeniu. Określane jest w woltach (V).

1. Farad (F), nazwany na cześć angielskiego naukowca Michaela Faradaya. Pojemność kondensatora określa, ile ładunku może zostać zgromadzone przy danym napięciu. Im większa pojemność, tym więcej ładunku może zostać zgromadzone przy danym napięciu.

   Wzór: C=Q/V
   C - pojemność kondensatora (F)
   Q - ładunek elektryczny zgromadzony na kondensatorze (C)
   V - napięcie między jego płytami (V)

   Farad jako jednostka jest stosunkowo duża dla większości codziennych zastosowań kondensatorów, dlatego też często używa się mniejszych jednostek pojemności.

2. Amperogodzina (Ah) to jednostka wyrażająca ilość ładunku elektrycznego. Jest to iloczyn natężenia prądu elektrycznego (wyrażonego w amperach) przez czas, przez który ten prąd przepływa (wyrażony w godzinach).

   Wzór: 1 Ah=1 A * 1 h = 1 A * 3600 s = 3600 A*s = 3600 C

   Jednostka ta jest używana głównie do określania pojemności baterii lub akumulatora. Na przykład, jeśli bateria ma pojemność 1 amperogodziny (1 Ah), oznacza to, że może dostarczyć prąd o wartości 1 ampera przez godzinę, 2 ampery przez pół godziny, lub 0,5 ampera przez 2 godziny, i tak dalej.

Ojcem elektrochemicznych źródeł energii jest włoski fizyk Alessandro Volta. W 1800 r. skonstruował pierwszą baterię chemiczną, znaną jako ogniwo Volty, które składało się z różnych metalowych płytek oddzielonych papierem nasączonym roztworem soli.

Było to przełomowe osiągnięcie, które zapoczątkowało erę elektrochemii i stało się fundamentem dla późniejszego rozwoju baterii, akumulatorów i innych elektrochemicznych źródeł energii, które wykorzystujemy do dziś.