Електричний струм - це потік електричного заряду в колі  - потік вільних електронів між двома точками в провіднику. Ці вільні електрони в русі - це те, що становить електричну енергію. Виробництво електроенергії полягає у примушенні електронів рухатися разом у провідному матеріалі, створюючи дефіцит електронів з одного боку провідника та надлишок з іншого.

Пристрій, який створює цей дисбаланс, називається генератором. Клема на стороні надлишку позначена +, на стороні дефіциту -.

Коли до клем генератора підключено навантаження, генератор виштовхує електрони: поглинає позитивно заряджені частинки і відсилає назад негативно заряджені. У ланцюзі електрони циркулюють від - клеми до + клеми.

Щоб правильно і безпечно користуватися електрообладнанням, важливо розуміти, як працює електрика.  Життєво важливо розуміти три основні складові, необхідні для керування та використання електроенергії - напруга, струм та опір - і те, як вони пов'язані між собою.

Електричний заряд

Електрика - це рух електронів. Електрони створюють заряд, який використовується для виробництва енергії. Будь-який електричний прилад - лампочка, телефон, холодильник - використовує рух електронів для роботи. Три основні принципи цього посібника можна пояснити за допомогою електронів, а точніше, заряду, який вони створюють:

• Напруга - Різниця заряду між двома точками.
• Струм (Ампер) - Швидкість, з якою протікає той чи інший заряд.
• Опір - Схильність матеріалу чинити опір проходженню заряду (струму).

Ці величини описують рух заряду, а отже, поведінку електронів.

Отже, контур - це замкнутий ланцюг, який дозволяє заряду переміщатися з одного місця в інше. Компоненти в схемі дозволяють контролювати цей заряд і використовувати його для виконання роботи.

Електричні вимірювання

• Потужність - енергія, яку споживає навантаження.
• Енергія - кількість електроенергії, спожитої або виробленої за певний період часу.

Різниця електричних потенціалів (напруга)

Напруга (U) визначається як кількість потенційної енергії між двома точками кола. Ця різниця заряду між + і - полюсами генератора вимірюється у вольтах і позначається літерою «V». Іноді напругу називають «електричним тиском», це доречна аналогія, оскільки силу, яку надає різниця електричних потенціалів електронам, що проходять через провідний матеріал, можна порівняти з тиском води, коли вона рухається по трубі; чим вища напруга, тим більший «тиск води».

Доступна енергія вільних електронів у русі - це те, що становить електричну енергію. Виробництво електроенергії полягає в тому, що електрони змушують рухатися разом через провідний матеріал, створюючи дефіцит електронів з одного боку провідника і надлишок з іншого. Клема на стороні надлишку позначена (+), на стороні дефіциту (-).

Напруга визначається розподільною мережею.  Наприклад, 220 В між клемами більшості електричних розеток, або 1,5 В між клемами акумулятора. 

Електричний струм

Електричний струм (I) - це потік вільних електронів між двома точками провідника. Коли електрони рухаються, разом з ними рухається певна кількість заряду; це називається струмом. Кількість електронів, які можуть рухатися через певну речовину, визначається фізичними властивостями самої речовини, що проводить електрику - деякі матеріали пропускають струм краще, ніж інші. Електричний струм (I) виражається і вимірюється в Амперах (А) як основна одиниця електричного струму. Зазвичай, при роботі з електричним обладнанням або установками, струм прийнято позначати в амперах. Якщо вольти (V) можна порівняти з тиском води, що проходить через трубу, то ампер (A) можна порівняти із загальним об'ємом води, здатним протікати через трубу в будь-який момент часу.

Рух вільних електронів зазвичай є випадковим, в результаті чого загальний рух заряду відсутній. Якщо на електрони діє сила, яка змушує їх рухатися в певному напрямку, то всі вони дрейфуватимуть в одному напрямку.

Схема: Вільні електрони в провідному матеріалі з прикладеним струмом і без нього.

Різниця потенціалів не застосовується	Різниця потенціалів
Вільні електрони	Вільні електрони

Коли лампочка підключена до генератора, певна кількість електронів проходить

через дроти (нитку розжарення) лампочки. Цей електронний потік відповідає силі струму (I) і вимірюється в амперах (A).

Струм є функцією від: Потужності (P), Напруги (V) та Опору (R).

$I = U / R$

Опір

Іноді електрони утримуються в межах своїх молекулярних структур, в той час як в інших випадках вони можуть рухатися відносно вільно.  Опір об'єкта - це тенденція цього об'єкта чинити опір протіканню електричного струму. З точки зору електрики, опір провідного матеріалу - це міра того, як пристрій або матеріал зменшує електричний струм, що протікає через нього. Кожен матеріал має певний опір; він може бути дуже низьким, як у міді (1-2 Ом на 1 метр), або дуже високим, як у дерева (10000000 Ом на 1 метр). За аналогією з водою, що протікає по трубі, опір більший, коли труба вужча, що зменшує потік води.

У двох контурах з однаковою напругою і різним опором, контур з більшим опором дозволить протікати меншому заряду, тобто контур з більшим опором має менший струм, що протікає через нього.

Less Resistance	Більший опір

Опір (R) виражається в омах. Ом визначає одиницю опору «1 Ом» як опір між двома точками провідника, в яких при подачі 1 вольта протікає 1 ампер. Ця величина зазвичай зображується на схемах грецькою літерою «Ω», яка називається омега, а вимовляється «ом». 

Для даної напруги сила струму пропорційна опору. Ця пропорційність, виражена у вигляді математичного співвідношення, відома як закон Ома:

$U = I \times R$

$Voltage = Current \times Resis\tan ce$

Для постійної напруги збільшення опору призведе до зменшення струму. І навпаки, струм збільшиться, якщо зменшити опір. При постійному опорі, якщо напруга зростає, зростає і струм. Закон Ома справедливий лише для чистого опору, тобто для пристроїв, які перетворюють електричну енергію в чисто теплову. З двигунами, наприклад, це не так.

Електричні пристрої можуть мати спеціально створені резистори, які обмежують струм, що протікає через вузол, так що вузол не пошкоджується.

Опір визначається навантаженням. Наприклад, дроти з більшим поперечним перерізом чинять менший опір потоку струму, що призводить до менших втрат напруги. І навпаки, опір прямо пропорційний довжині дроту. Щоб мінімізувати втрати напруги, струм потребує якомога коротшого дроту з великим поперечним перерізом. (див. розділ Кабельна проводка) Зауважте також, що тип дроту (мідний, залізний тощо) також впливає на опір кабелю.

Коли опір в електричному ланцюзі близький до нуля, струм може стати надзвичайно великим, що іноді призводить до того, що називається «коротким замиканням». Коротке замикання спричиняє надмірний струм в електричному ланцюзі і може призвести до пошкодження ланцюга або пристрою.

Потужність

Електрична потужність (P) - це кількість роботи, що виконується електричним струмом в одиницю часу. Вона відображає кількість енергії, спожитої пристроєм, підключеним до ланцюга. Вона обчислюється шляхом множення напруги на струм і виражається у Ватах (Вт).

$P = U \times I$

$Power = Voltage \times Current$

Чим потужнішим є навантаження, тим більший струм воно споживає. Цей розрахунок корисний при аналізі потреб в електроенергії.

Потужність проти Енергії
ПОТУЖНІСТЬ	Ват Кіловат		"як швидкість потоку води"
ЕНЕРГІЯ	Ват-годин Кіловат-годин		"як вода, що потрапляє у відро"

Потужність визначається навантаженням.

Енергоспоживання

Енергоспоживання - це кількість електроенергії, виробленої або спожитої за певний період часу. Він розраховується шляхом множення потужності пристрою на тривалість його використання, виражену в годинах, та вимірюється в кіловат-годинах (кВт-год).

Це одиниця споживання, яка підсумовується на електролічильнику для визначення будь-якого рахунку за електроенергію.     

Електричну енергію часто плутають з електричною потужністю, але це дві різні речі:

• Потужність вимірює здатність постачати електроенергію
• Енергетичні показники вимірюють загальний обсяг поставленої електроенергії

Електрична енергія вимірюється у ват-годинах (Вт/год), але більшість людей більше знайомі з одиницею виміру в рахунках за електроенергію - кіловат-годинами (1 кВт/год = 1 000 Вт/год). Електрокомпанії працюють у більших масштабах і зазвичай використовують мегават-години (1 МВт-год = 1 000 кВт-год).

Ефекти

Залежно від природи елементів, через які він проходить, електричний струм може мати кілька фізичних ефектів:

Адаптовано з MSF