elektronika

Radio? Ależ to bardzo proste! #1

Poniższy post jest częścią serii o elektronice i elektrotechnice. Zajmuję się w nich opisem zasady działania radia. Listę wszystkich wpisów z powyższych kategorii można znaleźć tutaj. Wiedza merytoryczna pochodzi w dużej mierze z książki Radio? Ależ to bardzo proste!

Atom

Należy zacząć od objaśnienia podstawowych pojęć elektryki. Atom składa się z dodatnio naładowanego jądra i otaczającej go chmury elektronów, która posiada ładunek ujemny. Na jądro natomiast składają się obojętne neutrony oraz dodatnio naładowane protony. Atom jest elektrycznie obojętny, gdy liczba elektronów równa jest liczbie protonów. W przeciwnym wypadku będzie posiadał ładunek dodatni (więcej protonów niż elektronów) lub ujemny (więcej elektronów niż protonów).

Ruch elektronów aka prąd elektryczny

Z racji tego, że elektrony – w przewodnikach – znajdują się relatywnie daleko od jądra atomu i są słabo przez niego przyciągane, mogą przenieść się do innego atomu, który posiada mniejszy ładunek. W opisanych warunkach może popłynąć prąd. Ładunki jednoimienne (elektron – elektron) odpychają się, natomiast różnoimienne (elektron – proton) przyciągają.

Ruch ładunków w przewodnikach z natury jest bezładny i póki co nie możemy nazwać tego prądem elektrycznym. Sytuacja zmienia się, jeżeli do obwodu przyłożymy źródło zasilania, np baterię. Swobodne elektrony ( - ) znajdujące się w przewodniku, np miedzianym kablu, zostaną przyciągnięte przez biegun dodatni ( + ) baterii. W rezultacie powstanie napięcie elektryczne i przepłynie prąd.

Prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem elektronów od bieguna ujemnego do dodatniego, które starają się powrócić do stanu równowagi.

Przewodniki, półprzewodniki i izolatory

Prąd elektryczny jest w stanie popłynąć przez tzw. przewodniki. Zaliczają się do nich metale, roztwory kwasów i zasad oraz węgiel. Ich atomy zawierają swobodne elektrony, które w łatwy sposób mogą oderwać się od jądra. W przeciwieństwie do przewodników, elektrony w izolatorach są umieszczone zbyt blisko jądra, aby mogły opuścić atom. Do izolatorów zaliczamy m.in. kwarc, bursztyn, szkło, materiały ceramiczne, parafinę. Trzecią grupą są półprzewodniki, czyli materiały, których przewodnictwo prądu może być zmieniane za pomocą np domieszkowania. Najpopularniejszym półprzewodnikiem jest krzem, szeroko wykorzystywany przy produkcji tranzystorów – element elektroniczny, który zrewolucjonizował świat.

6 000 000 000 000 000 000 elektronów

Najlepszym przewodnikiem jest srebro, ale z racji tego, że jego produkcja jest droga, do wytwarzania elementów przewodzących wykorzystuje się tańszą, ale niewiele gorzej spisującą się miedź.

Ilość elektronów jaka jest w stanie przepłynąć przez materiał w danej jednostce czasu, nazywamy natężeniem. Można powiedzieć, że jest to ilość elektronów, która bierze udział w ruchu nazywanym przez nas prądem elektrycznym.

Natężenie prądu mierzy się w amperach. Jeden amper 1 A odpowiada przejściu przez materiał 6 000 000 000 000 000 000 elektronów w ciągu jednej sekundy. Wartość natężenia zależy od napięcia doprowadzonego do przewodnika i oporu jakim się on charakteryzuje.

Oporność (rezystancja) to zdolność przewodnika do stawiania większego lub mniejszego oporu przepływającemu prądowi. Zależy od ilości elektronów łatwo odłączających się od swoich atomów, jego długości i przekroju. 

Jednostką w której podaje się rezystancję to om [Ω]. Jeden om to w przybliżeniu oporność drutu miedzianego o długości 62m i przekroju 1mm2

Napięcie to różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego. Jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między dwoma punktami, do wartości tego ładunku.

Jeden wolt (1 V) jest to napięcie, które panuje na końcach przewodnika o oporności wynoszącej 1 Ω i wywołuje prąd o natężeniu 1 A.

Ommm

Jednym z fundamentalnych praw rządzących w świecie elektroniki, jest prawo Ohma. Przedstawia ono zależności pomiędzy trzema podstawowymi parametrami opisującymi przepływ prądu elektrycznego.

Im napięcie jest większe, tym większe jest natężenie prądu.

Im większa jest oporność, tym mniejsze jest natężenie prądu.
I = U/R
I - natężenie prądu [A]
U - napięcie między końcami przewodnika [V]
R - oporność przewodnika [Ω]

Podsumowanie

Za Tobą pierwszy wpis z serii opisującej zasadę działania radia. Dziękuję Ci za poświęcony czas. Zdaję sobie sprawę, że nie uzyskałeś jeszcze odpowiedzi na pytanie jak działa radio, ale aby w pełni zrozumieć wszystkie mechanizmy, należało zacząć od objaśnienia podstawowych pojęć związanych z elektryką. Kolejne wpisy będą poruszać coraz bardziej zaawansowane zagadnienia, potrzebne do zrozumienia tematu. Do zobaczenia!