Politechnika łÓdzka

Rysunek 1.2 Dynamomaszyna Gramme’go.

Czym zatem jest energia prądu stałego? Energią elektryczną nazywamy ogólnie skutek wywoływany przez przepływ prądu elektrycznego w odbiorniku, przy występującym na nim napięciu, w danej jednostce czasu. Aby taki skutek mógł być wywoływany, musiał występować w zamkniętym obwodzie elektrycznym, co stanowiło znaną od ponad 2000 lat analogię dla dwóch kół z przeniesieniem mocy za pomocą lin z czasów Imperium Rzymskiego.

Pierwsza bateria elektrochemiczna, zapoczątkowana przez włoskiego fizyka Alesandro Volta, umożliwiła uzyskanie napięcia elektrycznego i przyczyniła się do poznania własności obwodu elektrycznego. Choć bateria ta była niedoskonała, umożliwiała obserwację pierwszych zjawisk fizycznych w obwodzie przy przepływie prądu stałego.

Przepływ ilości prądu płynącego przez badany przewodnik jest zależny od jego oporu elektrycznego, którego hipotezę istnienia wysnuł angielski fizyk sir Henry Cavendish już w 1775 roku. Dla wyrażenia przez siebie faktu przepływu prądu elektrycznego w badanych przez siebie przewodnikach Cavendish przepływ ten nazwał „prędkością”, zaś całkowitą siłą przeciwstawiającą się temu przepływowi nazwał „oporem”. Również Cavendish jako pierwszy zauważył, że dwa takie same przewodniki połączone szeregowo posiadają inne własności oporowe, jak połączone równolegle.

W przypadku materiałów przewodzących takich jak miedź czy żelazo, przepływ prądu skutkował odkładaniem się na nim napięcia elektrycznego, którego stosunek do prądu płynącego przez ten przewodnik jest stały – co odkrył niemiecki fizyk Georg Simon Ohm. Zależność ta nazywana jest Prawem Oma i stanowi współcześnie fundament wszelkich rozważań związanych z analizą własności obwodu elektrycznego, oraz podstawowe prawo wyjściowe do wszystkich rozważań w dziedzinach nauk elektrotechniki związanych z przepływem prądu w obwodzie.

Ohm w swojej pracy pt. „Vorlaüfige Anzeige des Gesetzes, nach welchem ​​Metalle die Contact-Elektricität leiten”, przedstawił tezę – że zwiększenie długości drutu w badanym obwodzie powoduje jednoczesną „utratę siły”, oraz potencjału panującego na tym odbiorniku. Posługiwał się on pierwszymi przyrządami do pomiaru przepływu prądu i występującego na odbiorniku spadku napięcia, składających się w głównej mierze z igły kompasu magnetycznego. Dzięki skonstruowanemu przez siebie aparatowi zauważył, że nie tylko metale, ale również i ciecze przewodzą prąd elektryczny. Jego praca poświęcona była opisowi zależności między „efektem magnetycznym prądu³”, siłą elektromotoryczną ogniwa SEM a długością drutu w obwodzie. Również badacz ten odkrył zależność oporu elektrycznego przewodnika od jego kształtu geometrycznego. Tym sposobem odkrył ważny parametr elektryczny nazywany rezystywnością. Na rys. 1.3 przedstawiono rycinę słynnego eksperymentu Georga Ohma.