Două legi de conservare fac toată munca: sarcina se conservă în fiecare nod (KCL: ΣI = 0), energia se conservă de-a lungul fiecărei bucle (KVL: ΣV = 0). Legea lui Ohm P = V·I = I²R = V²/R le leagă de viteza cu care această energie este livrată sau disipată.
Legea lui Ohm — V, I, R, oricare două
Trei mărimi și o singură ecuație. Panoul primește oricare două și returnează a treia, plus puterea. Eșantionul implicit (I = 2 A, R = 50 Ω) dă V = 100 V și P = 200 W — un ciocan de lipit mic de 100 W care funcționează la sarcină maximă. Relația este liniară pentru un conductor ohmic: metalele la temperatură constantă, rezistoarele cu peliculă de carbon și câteva altele respectă V = IR cu R aproximativ constant. Semiconductorii, filamentele incandescente și termistoarele nu — rezistența lor depinde de tensiune, curent sau temperatură, iar ecuația funcționează punct cu punct, dar R nu mai este un singur număr. Relația complementară P = V·I este universală și valabilă mereu pentru circuitele de curent continuu.
Rezistoare în serie — curentul este același
Componentele în serie împart o singură cale; același curent trece prin toate, iar rezistențele se adună direct: Req = ΣRi. Eșantionul implicit (100 + 220 + 330 + 470 Ω) dă 1.120 Ω; cu o sursă de 12 V, bucla transportă I = 12/1120 ≈ 10,71 mA, iar cele patru căderi de tensiune sunt 1,07 V, 2,36 V, 3,54 V, 5,04 V — regula familiară a divizorului de tensiune, Vi = I · Ri. Cablajul serie este fragil într-un sens: dacă se întrerupe un rezistor, bucla se rupe și toate dispozitivele se sting. Șirurile clasice de becuri de brad au fost exemplul din manuale, înainte de trecerea la cablajul în derivație, care păstrează restul aprins când un bec se arde.
Rezistoare în paralel — tensiunea este aceeași
Componentele în paralel văd toate aceeași tensiune; conductanțele lor (inversele rezistențelor) se adună: 1/Req = Σ(1/Ri). Eșantionul implicit (100, 200, 300 Ω) dă Req ≈ 54,55 Ω; la o tensiune de 12 V, curentul total este Itotal ≈ 0,22 A, iar ramurile consumă 120 mA, 60 mA, respectiv 40 mA — cel mai mic rezistor ia întotdeauna cea mai mare parte, în raport invers. Două note practice: o combinație paralel este mereu mai mică decât cel mai mic rezistor individual, ceea ce explică intuitiv de ce conectarea bateriilor în paralel adaugă capacitate, nu tensiune. Iar în instalațiile casnice, fiecare priză este în paralel cu toate celelalte, deci un disjunctor declanșat într-o cameră nu stinge restul clădirii.
Energia condensatorului — stocată, nu consumată
Un condensator separă sarcina, o acumulează pe două plăci și stochează energie în câmpul electric dintre ele. Contabilitatea este Q = C·V pentru sarcină și E = ½C·V² pentru energie. Eșantionul implicit (100 μF la 12 V) dă Q = 1.200 μC și E = 7,2 mJ. Dublarea tensiunii înmulțește energia cu patru; dublarea capacității o dublează doar — tensiunea este pârghia, de aceea blițurile foto, defibrilatoarele și tunurile electromagnetice se încarcă la tensiune mare, în loc să folosească pur și simplu un condensator mai mare. În regim staționar de curent continuu nu trece curent prin condensator (este un circuit deschis); în curent alternativ același element lasă să treacă un curent proporțional cu frecvența, iar aceasta este baza fiecărui filtru, cuplaj și circuit de temporizare. Încărcarea urmează V(t) = V0(1 − e−t/RC): constanta de timp RC stabilește ritmul, iar după 5τ condensatorul este practic plin.
Legea lui Coulomb — pătratul invers din miezul ei
Două sarcini punctiforme simt o forță de-a lungul liniei dintre ele, de mărime F = k·|q1q2|/(εr·r²), atractivă pentru semne opuse și repulsivă pentru semne identice; constanta lui Coulomb k = 8,988×109 N·m²/C² este fixată de geometria spațiului gol. Eșantionul implicit (q1 = +5 μC, q2 = −3 μC, r = 0,1 m, vid) dă F ≈ 13,48 N, atractivă — o tragere modestă, cu greutate, de la sarcini minuscule, pentru că microcoulombii sunt sarcini mari în unități SI. Constanta dielectrică εr (80 pentru apă, 3,5 pentru hârtie, 7 pentru sticlă) împarte forța, de aceea aceleași sarcini se atrag mai slab în interiorul materiei; dipolii moleculari se polarizează și ecranează câmpul.
Puterea electrică — P = VI = I²R = V²/R
Cele trei forme sunt algebric identice, iar alegerea celei potrivite o evită pe cea greșită. P = V·I când se cunosc V și I; P = I²R când se cunosc curentul și rezistența — aceasta este forma care explică de ce firele subțiri se supraîncălzesc la scurtcircuit; P = V²/R când se cunosc tensiunea și rezistența — forma care explică de ce un prăjitor de pâine de 120 V trage 10 A printr-un element de nicrom de 14 Ω. Eșantionul implicit (V = 12 V, I = 2 A) returnează P = 24 W. Un bec incandescent de 60 W la 120 V trage 0,5 A printr-un filament de 240 Ω; același bec de 60 W la 12 V (bec auto) trage 5 A printr-un filament de 2,4 Ω — alegerea tensiunii este alegerea curentului, care este alegerea grosimii firului.
Concepții greșite frecvente
- Tensiunea se „consumă” pe un rezistor. Tensiunea este energia pe coulomb livrată de sursă; același total se disipă pe toate rezistoarele dintr-o buclă. Spunând „12 V căzuți pe rezistor” se înțelege de fapt „sursa a livrat energie echivalentă cu 12 V pentru fiecare coulomb care trece prin rezistorul acela”.
- Rezistoarele în paralel dau o rezistență totală mai mare. Este invers: în paralel rezistența echivalentă scade mereu, pentru că fiecare ramură adăugată este un alt drum pe care îl poate urma curentul. Regula este Req < min(Ri).
- Curentul este consumat de sarcină. Curentul este același peste tot într-o buclă serie și se însumează în fiecare nod paralel; sarcina se conservă (KCL). Un curent de 2 A care intră într-un ventilator iese din el tot ca 2 A.
- Un condensator „ține curent”. Ține sarcină. Odată plin, curentul continuu se oprește. Energia este stocată în câmp, nu în purtători.
Instrumente conexe: Mecanica pentru conceptele de forță din spate, Referința de formule pentru algebră și Constante pentru ε0 și constanta lui Coulomb.
