Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ροή του φορτίου, όπως το νερό που ρέει μέσα σε έναν σωλήνα. Υψηλότερο ρεύμα = περισσότερο φορτίο ανά δευτερόλεπτο. Μετράται σε αμπέρ (A). Κατεύθυνση: από το θετικό στο αρνητικό (συμβατική), ή ροή ηλεκτρονίων (αρνητικό προς θετικό).

• 1 αμπέρ = 1 κουλόμπ ανά δευτερόλεπτο (1 A = 1 C/s)
• Το ρεύμα είναι ρυθμός ροής, όχι ποσότητα
• Συνεχές ρεύμα (DC): σταθερή κατεύθυνση (μπαταρίες)
• Εναλλασσόμενο ρεύμα (AC): εναλλασσόμενη κατεύθυνση (πρίζα τοίχου)

Φορτίο (Q) = ποσότητα ηλεκτρισμού (κουλόμπ). Ρεύμα (I) = ρυθμός ροής του φορτίου (αμπέρ). Τάση (V) = πίεση που ωθεί το φορτίο. Ισχύς (P) = V × I (βατ). Όλα συνδέονται αλλά είναι διαφορετικά!

• Φορτίο Q = ποσότητα (κουλόμπ)
• Ρεύμα I = ρυθμός ροής (αμπέρ = C/s)
• Τάση V = ηλεκτρική πίεση (βολτ)
• Το ρεύμα ρέει ΑΠΟ υψηλή ΠΡΟΣ χαμηλή τάση

Συμβατικό ρεύμα: από το θετικό στο αρνητικό (ιστορικό). Ροή ηλεκτρονίων: από το αρνητικό στο θετικό (πραγματικό). Και τα δύο λειτουργούν! Τα ηλεκτρόνια κινούνται στην πραγματικότητα, αλλά χρησιμοποιούμε τη συμβατική κατεύθυνση. Δεν επηρεάζει τους υπολογισμούς.

• Συμβατικό: + προς - (πρότυπο στα διαγράμματα)
• Ροή ηλεκτρονίων: - προς + (φυσική πραγματικότητα)
• Και τα δύο δίνουν τις ίδιες απαντήσεις
• Χρησιμοποιήστε το συμβατικό για ανάλυση κυκλωμάτων

Το αμπέρ (A) είναι η βασική μονάδα του SI για το ρεύμα. Μία από τις επτά θεμελιώδεις μονάδες του SI. Ορίζεται από το στοιχειώδες φορτίο από το 2019. Τα προθέματα από το atto έως το mega καλύπτουν όλες τις περιοχές.

• 1 A = 1 C/s (ακριβής ορισμός)
• kA για υψηλή ισχύ (συγκόλληση, κεραυνοί)
• mA, µA για ηλεκτρονικά, αισθητήρες
• fA, aA για κβαντικές, μονοηλεκτρονικές συσκευές

Τα C/s και W/V είναι ισοδύναμα με το αμπέρ εξ ορισμού. Το C/s δείχνει τη ροή του φορτίου. Το W/V δείχνει το ρεύμα από την ισχύ/τάση. Και τα τρία είναι πανομοιότυπα.

• 1 A = 1 C/s (ορισμός)
• 1 A = 1 W/V (από P = VI)
• Και τα τρία είναι πανομοιότυπα
• Διαφορετικές οπτικές γωνίες για το ρεύμα

Το αμπέρ (EMU) και το σταταμπέρ (ESU) από το παλιό σύστημα CGS. Το biot = abampere. Σπάνια σήμερα, αλλά εμφανίζονται σε παλιά κείμενα φυσικής. 1 abA = 10 A; 1 statA ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A.

• 1 abampere = 10 A (EMU)
• 1 biot = 10 A (ίδιο με το abampere)
• 1 statampere ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A (ESU)
• Παρωχημένες, το αμπέρ του SI είναι το πρότυπο

I = V / R (ρεύμα = τάση ÷ αντίσταση). Γνωρίζοντας την τάση και την αντίσταση, βρίσκετε το ρεύμα. Θεμέλιο κάθε ανάλυσης κυκλώματος. Γραμμικός για αντιστάτες.

• I = V / R (ρεύμα από τάση)
• V = I × R (τάση από ρεύμα)
• R = V / I (αντίσταση από μετρήσεις)
• Απορρόφηση ισχύος: P = I²R

Σε οποιονδήποτε κόμβο, το εισερχόμενο ρεύμα = το εξερχόμενο ρεύμα. Σ I = 0 (άθροισμα ρευμάτων = μηδέν). Το φορτίο διατηρείται. Απαραίτητος για την ανάλυση παράλληλων κυκλωμάτων.

• ΣI = 0 σε οποιονδήποτε κόμβο
• Εισερχόμενο ρεύμα = εξερχόμενο ρεύμα
• Διατήρηση του φορτίου
• Χρησιμοποιείται για την επίλυση πολύπλοκων κυκλωμάτων

Ρεύμα = ταχύτητα ολίσθησης των φορέων φορτίου. Στα μέταλλα: τα ηλεκτρόνια κινούνται αργά (~mm/s) αλλά το σήμα διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός. Αριθμός φορέων × ταχύτητα = ρεύμα.

• I = n × q × v × A (μικροσκοπικό)
• n = πυκνότητα φορέων, v = ταχύτητα ολίσθησης
• Τα ηλεκτρόνια κινούνται αργά, το σήμα είναι γρήγορο
• Στους ημιαγωγούς: ηλεκτρόνια + οπές

USB: 0.5-3 A (τυπική έως γρήγορη φόρτιση). Φόρτιση τηλεφώνου: 1-3 A τυπικά. Φορητός υπολογιστής: 3-5 A. LED: 20 mA τυπικά. Οι περισσότερες συσκευές χρησιμοποιούν το εύρος από mA έως A.

• USB 2.0: 0.5 A μέγ.
• USB 3.0: 0.9 A μέγ.
• USB-C PD: έως 5 A (100W @ 20V)
• Γρήγορη φόρτιση τηλεφώνου: 2-3 A τυπικά

Οικιακά κυκλώματα: 15-20 A αυτόματοι διακόπτες (ΗΠΑ). Λάμπα: 0.5-1 A. Φούρνος μικροκυμάτων: 10-15 A. Κλιματιστικό: 15-30 A. Φόρτιση ηλεκτρικού αυτοκινήτου: 30-80 A (Επίπεδο 2).

• Τυπική πρίζα: κύκλωμα 15 A
• Μεγάλες συσκευές: 20-50 A
• Ηλεκτρικό αυτοκίνητο: 30-80 A (Επίπεδο 2)
• Ολόκληρο το σπίτι: υπηρεσία 100-200 A

Συγκόλληση: 100-400 A (με ηλεκτρόδιο), 1000+ A (σημειακή). Κεραυνός: 20-30 kA μέσος όρος, 200 kA κορυφή. Πυροβόλα ράγας: μεγααμπέρ. Υπεραγώγιμοι μαγνήτες: 10+ kA σταθερό.

• Συγκόλληση τόξου: 100-400 A
• Σημειακή συγκόλληση: παλμοί 1-100 kA
• Κεραυνός: 20-30 kA τυπικά
• Πειραματικά: εύρος MA (πυροβόλα ράγας)

Κάθε βήμα προθέματος = ×1000 ή ÷1000. kA → A: ×1000. A → mA: ×1000. mA → µA: ×1000.

• kA → A: πολλαπλασιάστε με 1,000
• A → mA: πολλαπλασιάστε με 1,000
• mA → µA: πολλαπλασιάστε με 1,000
• Αντίστροφα: διαιρέστε με 1,000

I = P / V (ρεύμα = ισχύς ÷ τάση). Λάμπα 60W στα 120V = 0.5 A. Φούρνος μικροκυμάτων 1200W στα 120V = 10 A.

• I = P / V (Αμπέρ = Βατ ÷ Βολτ)
• 60W ÷ 120V = 0.5 A
• P = V × I (ισχύς από ρεύμα)
• V = P / I (τάση από ισχύ)

I = V / R. Γνωρίζοντας την τάση και την αντίσταση, βρίσκετε το ρεύμα. 12V σε 4Ω = 3 A. 5V σε 1kΩ = 5 mA.

• I = V / R (Αμπέρ = Βολτ ÷ Ωμ)
• 12V ÷ 4Ω = 3 A
• 5V ÷ 1000Ω = 5 mA (= 0.005 A)
• Θυμηθείτε: διαιρέστε για το ρεύμα

Η θύρα USB παρέχει 5V. Η συσκευή αντλεί 500 mA. Ποια είναι η ισχύς;

P = V × I = 5V × 0.5A = 2.5W (τυπικό USB 2.0)

Τροφοδοσία 5V, το LED χρειάζεται 20 mA και 2V. Ποια αντίσταση;

Πτώση τάσης = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Χρησιμοποιήστε 150Ω ή 180Ω.

Τρεις συσκευές: 5A, 8A, 3A στο ίδιο κύκλωμα. Ποιος διακόπτης;

Σύνολο = 5 + 8 + 3 = 16A. Χρησιμοποιήστε έναν διακόπτη 20A (το επόμενο τυπικό μέγεθος προς τα πάνω για περιθώριο ασφαλείας).

Όταν στέκεστε στο έδαφος, το σώμα σας έχει συνεχώς ~100 µA ρεύμα διαρροής προς τη γη. Από ηλεκτρομαγνητικά πεδία, στατικά φορτία, ραδιοκύματα. Εντελώς ασφαλές και φυσιολογικό. Είμαστε ηλεκτρικά όντα!

Ένας μέσος κεραυνός: 20-30 kA (20,000 A). Η κορυφή μπορεί να φτάσει τα 200 kA. Αλλά η διάρκεια είναι <1 χιλιοστό του δευτερολέπτου. Συνολικό φορτίο: μόνο ~15 κουλόμπ. Υψηλό ρεύμα, μικρός χρόνος = επιβιώσιμο (μερικές φορές).

1 mA 60 Hz AC: αίσθηση μυρμηγκιάσματος. 10 mA: απώλεια μυϊκού ελέγχου. 100 mA: κοιλιακή μαρμαρυγή (θανατηφόρα). 1 A: σοβαρά εγκαύματα, καρδιακή ανακοπή. Η διαδρομή του ρεύματος έχει σημασία — μέσα από την καρδιά είναι το χειρότερο.

Μηδενική αντίσταση = άπειρο ρεύμα; Όχι ακριβώς. Οι υπεραγωγοί έχουν «κρίσιμο ρεύμα» — αν το υπερβείτε, η υπεραγωγιμότητα καταρρέει. Αντιδραστήρας σύντηξης ITER: 68 kA σε υπεραγώγιμα πηνία. Καμία θερμότητα, καμία απώλεια!

Τα LED οδηγούνται από ρεύμα, όχι από τάση. Ίδια τάση, διαφορετικό ρεύμα = διαφορετική φωτεινότητα. Πάρα πολύ ρεύμα; Το LED πεθαίνει αμέσως. Χρησιμοποιείτε πάντα μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος ή έναν οδηγό σταθερού ρεύματος.

Ηλεκτρομαγνητικά πυροβόλα ράγας: 1-3 MA (εκατομμύρια αμπέρ) για μικροδευτερόλεπτα. Η δύναμη Lorentz επιταχύνει το βλήμα σε Mach 7+. Απαιτεί τεράστιες συστοιχίες πυκνωτών. Μελλοντικό ναυτικό όπλο.

Ο Βόλτα εφευρίσκει την μπαταρία. Η πρώτη πηγή συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος. Επιτρέπει τα πρώτα ηλεκτρικά πειράματα.

Ο Έρστεντ ανακαλύπτει ότι το ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Συνδέει τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό. Θεμέλιο του ηλεκτρομαγνητισμού.

Ο Ωμ δημοσιεύει V = IR. Ο νόμος του Ωμ περιγράφει τη σχέση μεταξύ τάσης, ρεύματος και αντίστασης. Αρχικά απορρίφθηκε, τώρα είναι θεμελιώδης.

Ο Φαραντέι ανακαλύπτει την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ρεύμα. Επιτρέπει γεννήτριες και μετασχηματιστές.

Το πρώτο διεθνές ηλεκτρικό συνέδριο ορίζει το αμπέρ ως «πρακτική μονάδα» του ρεύματος.

Το σύστημα AC του Τέσλα κερδίζει τον «Πόλεμο των Ρευμάτων» στην Παγκόσμια Έκθεση. Το ρεύμα AC μπορεί να μετασχηματιστεί, το DC όχι (τότε).

Η CGPM ορίζει το αμπέρ: «σταθερό ρεύμα που παράγει δύναμη 2×10⁻⁷ N/m μεταξύ παράλληλων αγωγών.»

Επαναπροσδιορισμός SI: το αμπέρ ορίζεται πλέον από το στοιχειώδες φορτίο (e). 1 A = (e/1.602×10⁻¹⁹) ηλεκτρόνια ανά δευτερόλεπτο. Ακριβές εξ ορισμού.

Η τάση είναι ηλεκτρική πίεση (όπως η πίεση του νερού). Το ρεύμα είναι ο ρυθμός ροής (όπως η ροή του νερού). Υψηλή τάση δεν σημαίνει υψηλό ρεύμα. Μπορεί να έχετε 10,000V με 1 mA (στατικός ηλεκτρισμός) ή 12V με 100 A (μίζα αυτοκινήτου). Η τάση ωθεί, το ρεύμα ρέει.

Το ρεύμα σκοτώνει, όχι η τάση. 100 mA μέσα από την καρδιά σας μπορεί να είναι θανατηφόρο. Αλλά η υψηλή τάση μπορεί να εξαναγκάσει το ρεύμα να περάσει από το σώμα σας (V = IR). Γι' αυτό η υψηλή τάση είναι επικίνδυνη — υπερνικά την αντίσταση του σώματός σας. Το ρεύμα είναι ο δολοφόνος, η τάση ο ενεργοποιητής.

Το 60 Hz AC προκαλεί μυϊκές συσπάσεις στη συχνότητα του ηλεκτρικού δικτύου. Δεν μπορείτε να το αφήσετε (μυϊκό κλείδωμα). Το DC προκαλεί ένα μόνο τράνταγμα. Το AC είναι 3-5 φορές πιο επικίνδυνο στο ίδιο επίπεδο ρεύματος. Επίσης: η τιμή RMS του AC = το αποτελεσματικό ισοδύναμο του DC (120V AC RMS ≈ 170V κορυφή).

Ολόκληρο το σπίτι: πίνακας 100-200 A. Μία πρίζα: κύκλωμα 15 A. Λάμπα: 0.5 A. Φούρνος μικροκυμάτων: 10-15 A. Κλιματιστικό: 15-30 A. Φορτιστής ηλεκτρικού αυτοκινήτου: 30-80 A. Το σύνολο ποικίλλει, αλλά ο πίνακας περιορίζει το μέγιστο.

Στους υπεραγωγούς, ναι! Η μηδενική αντίσταση σημαίνει ότι το ρεύμα ρέει με μηδενική τάση (V = IR = 0). Ένα επίμονο ρεύμα μπορεί να ρέει για πάντα. Σε κανονικούς αγωγούς, όχι — χρειάζεστε τάση για να ωθήσετε το ρεύμα. Η πτώση τάσης = ρεύμα × αντίσταση.

Το καλώδιο USB είναι λεπτό (υψηλή αντίσταση). Πάρα πολύ ρεύμα = υπερβολική θέρμανση. USB 2.0: 0.5 A (2.5W). USB 3.0: 0.9 A. USB-C PD: έως 5 A (100W). Πιο χοντρά σύρματα, καλύτερη ψύξη και ενεργή διαπραγμάτευση επιτρέπουν με ασφάλεια υψηλότερα ρεύματα.