Električna struja

Izvor: Wikipedija
(Preusmjereno s Jakost električne struje)
Skoči na: orijentacija, traži
Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet · Magnetizam
Magnetostatika
Ampèreov zakon · Električna struja · Magnetsko polje · Magnetizacija · Magnetski tok · Biot–Savartov zakon · Magnetski dipolni moment · Gaussov zakon za magnetizam
Crookesova cijev (2 pogleda): na svjetlu i u tami. Elektroni putuju ravno s lijeve strane gdje je katoda, na desnu stranu gdje je anoda (žica na dnu cijevi desno). Kao dokaz struje elektrona postavljen je Malteški križ koji baca sjenu na desnu stranu cijevi.
Kod Daniellovog članka elektrode nisu bile u istom elektrolitu (bakrena u otopini bakrova sulfata, cinkova u otopini cinkova sulfata), a elektroliti su odijeljeni poroznom membranom.
Jouleova toplina je toplina koja nastaje pri prolasku električne struje kroz vodič zbog njegova otpora.
Pad napona.jpg
Trofazna struja je sustav triju sinusoidno promjenljivih struja koje su vremenski jedna prema drugoj fazno pomaknute za 1/3 periode.

Električna struja je gibanje slobodnih elektrona, to jest negativno nabijenih čestica. Do takvog gibanja dolazi u nekom električnom vodiču ako je on svojim krajevima priključen na polove nekog izvora struje između kojih postoji električni napon. Kako napon između polova nastaje zbog razlike količine elektrona, to elektroni nastoje tu razliku izjednačiti tako da se gibaju od pola, gdje ih ima previše, prema polu, gdje ih ima premalo. Vlada li između obiju vodljivo spojenih točaka nekoga izvora struje stalni električni napon, u električnom vodiču će teći električna struja. Onaj pol izvora struje koji ima viši električni potencijal označuje se s plus (+), a pol koji ima niži potencijal s minus (-).

Za svako gibanje postoji neki uzrok. Tako je na primjer uzrok gibanju vode u vodovodnim cijevima razlika tlaka, a uzrok gibanju elektrona je elektromotorna sila (EMS), to jest ona sila koja stvara razliku električnih potencijala, to jest električni napon. Uređaji koji stvaraju elektromotornu silu zovu se izvori struje. Takav je na primjer izvor struje džepna baterija. Da struja može teći, strujni krug mora biti zatvoren. Strujni krug se sastoji od izvora struje i električnih vodiča koji su priključeni na njegove polove. Za otvaranje i zatvaranje strujnih krugova služe različiti prekidači ili sklopke. Otvori li se strujni krug, na primjer kod džepne baterije, elektromotorna sila će i dalje tjerati elektrone, pa će na negativnom polu nastati suvišak, a na pozitivnome manjak elektrona. Između polova vladat će, dakle, napeto stanje koje se zove električni napon ili električna napetost, što je posljedica elektromotorne sile.

Rekli smo da električna struja, to jest elektroni, struje od mjesta gdje ih ima više (minus pola) prema mjestu gdje ih ima manje (plus pola), to jest smjerom koji je suprotan smjeru električnog polja. Taj se smjer zove elektronski smjer. Međutim se u elektrotehnici obično uzima protivni smjer, to jest od pozitivnog prema negativnom polu. Taj se smjer zove tehnički smjer. Ovakav smjer struje bio je usvojen još onda kada se nije znalo za elektrone. U stručnoj literaturi smjer se nije promijenio do danas jer bi se zbog toga morale mijenjati izvjesne definicije usvojene u elektrotehnici. Najobičnija je istosmjerna struja koja teče uvijek u istom smjeru i ne mijenja naglo svoju jakost. No danas se mnogo više upotrebljava izmjenična struja koja neprestano mijenja jakost i svoj smjer. [1]

Električna struja je naziv kojim se općenito označuje gibanje elektriciteta. U metalnim vodičima to je gibanje elektrona, u poluvodičima gibanje elektrona i šupljina, dok se na primjer u elektrolitskim otopinama gibaju pozitivni i negativni ioni. No i svako gibanje električki nabijenih materijalnih čestica većih dimenzija nego što su ioni, kao na primjer gibanje nabijenih čestica prašine, jednako je tako električna struja. Strujanje u električnim strujnim krugovima sastavljenima od električnih vodiča naziva se provodnom strujom, a gibanje nabijenih materijalnih čestica u slobodnom prostoru naziva se konvekcijskom strujom. [2]

Jakost električne struje[uredi VE | uredi]

Jakost električne struje ili intenzitet električne struje (oznaka I) jednaka je količini naboja Q koja prođe kroz poprečni presjek električnog vodiča u vremenskom intervalu t:

U svakodnevnom životu baratamo sa srednjim vrijednostima, pa kažemo da je jakost električne struje je ona količina elektriciteta koja proteče kroz neki presjek (električnog vodiča) u jedinici vremena. Označimo li jakost električne struje sa I, količinu elektriciteta sa Q, a vrijeme sa t, onda je:

Mjerna jedinica za jakost električne struje je 1 amper (A) prema francuskom fizičaru Ampèreu:

Električna struja ima jakost od 1 amper (A), ako u 1 s (sekundi) kroz neki presjek (električnog vodiča) proteče količina elektriciteta od 1 C (kulona). Iz navedenog izraza proizlazi da je:

pa se kulon može također izraziti kao:

Osim ampera upotrebljava se još 1 kA (kiloamper) = 103 A; 1 mA (miliamper) = 10-3 A; 1 μA (mikroamper) = 10-3 mA = 10-6 A. Mjerni instrument za mjerenje jakosti električne struje naziva se ampermetar, a za mjerenje električnog napona voltmetar.

Učinci električne struje[uredi VE | uredi]

Uzrokom električnog strujanja smatra se električno polje stvoreno električnim naponom što ga imaju električni izvori na svojim stezaljkama, a kao smjer djelovanja električnog polja odabran je onaj smjer u kojem polje djeluje silom na pozitivni električni naboj. Zato se kao smjer električne struje uzima onaj smjer u kojem se gibaju pozitivni električni naboji. Budući da je električna struja u metalnim vodičima ostvarena gibanjem elektrona, to se ovdje elektroni doista gibaju u suprotnome smjeru od dogovorenog smjera struje. Međutim, u pogledu magnetskog učinka električne struje, koji je među svim njezinim učincima najvažniji, svejedno je da li se pozitivni naboji gibaju u jednome smjeru ili negativni u suprotnome. Ostali su osnovni učinci električne struje: toplinski (to jest proizvodnja topline u električnom otporu kroz koji prolazi struja ili Jouleova toplina) i kemijski (to jest razdvajanje elektrolita pri prolazu struje ili elektrolitska disocijacija).

Ohmov zakon[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Ohmov zakon

Ohmov zakon (nazvan po njemačkom fizičaru Georgu Simonu Ohmu) je zakon prema kojemu je jakost električne struje I u električnom vodiču, pri konstantnoj temperaturi, određena kao omjer električnoga napona U koji električnu struju prouzročuje i električnoga otpora R:

I ostali oblici tog oblika zakona također se nazivaju po Ohmu:

gdje je:

Ohmov zakon je jedan od temeljnih zakona elektrotehnike. Ohmov zakon vrijedi za metale i vodljive otopine. Takvi se vodiči zovu omski vodiči. Za neke materijale Ohmov zakon ne vrijedi a takvi se vodiči zovu neomski.

Istosmjerna struja[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Istosmjerna struja

S obzirom na prolazak električnih naboja u tijeku vremena razlikuje se vrsta električne struje. Istosmjernom strujom naziva se električna struja koja ima u tijeku vremena stalnu ili konstantnu jakost i trajno jedan te isti smjer. Za istosmjernu struju u strujnim krugovima vrijede osnovni zakoni: Ohmov zakon, oba Kirchhoffova zakona i zakoni osnovnih učinaka (Jouleov zakon za toplinski učinak, Faradayevi zakoni elektrolize, Hopkinsonov zakon magnetskog toka).

Izmjenična struja[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Izmjenična struja

Pri promjenljivom strujanju električnog naboja struja je promjenljiva, a njezine vrijednosti mogu se za svaki trenutak vremena saznati ako je poznat grafički prikaz tih promjena u koordinatnome sustavu (i, t) ili ako je zadan analitički izraz i = f (t) promjene struje s vremenom. Od svih promjenljivih struja najveću važnost za elektrotehniku imaju periodično promjenljive struje, a to su one kod kojih se promjene stalno ponavljaju u određenim vremenskim razmacima ili intervalima. Trajanje jedne potpune promjene zove se period i označuje se slovom T. Ako periodično promjenljiva struja mijenja osim jakosti još i smjer, naziva se izmjeničnom strujom. Osim periodom T može se promjenljivost izmjeničnih struja označiti i brojem titraja u jednoj sekundi i taj se broj naziva frekvencijom izmjenične struje f

Budući da se svaka periodično promjenljiva struja može, prema Fourierovu pravilu, rastaviti u niz komponenata, to je za proučavanje izmjeničnih struja vrlo bitno poznavanje zakona kojima podliježe sinusoidna izmjenična struja. Analitički je izraz za sinusoidnu izmjeničnu struju i:

gdje je: Imax - amplituda struje; ω = 2∙π∙f - kružna frekvencija. Aritmetička srednja vrijednost sinusoidne struje jednaka je nuli, ali kvadratna srednja vrijednost o kojoj ovise učinci izmjenične struje jednaka je:

i naziva se efektivnom vrijednosti.

Trofazna struja[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Trofazna struja

Izmjenična struja koja teče jednim zatvorenim strujnim krugom često se naziva jednofaznom, kako bi se istaknula razlika prema višefaznim strujama. Od svih višefaznih struja najveću važnost ima u općoj elektrifikaciji trofazna struja. Trofazna je struja sustav triju sinusoidno promjenljivih struja koje su vremenski jedna prema drugoj fazno pomaknute za 1/3 periode, što u grafičkom prikazu odgovara faznomu kutu od 120°. Prema tome to nije jedna, nego su to tri struje koje se u električnom generatoru zajednički proizvode, dalekovodom zajednički prenose i predaju potrošačima.

Opasnost za čovjeka[uredi VE | uredi]

Za čovjeka je opasna električna struja jača od 20 mA, pri čemu se u dodiru električne struje i čovjekovog tijela javlja toplinsko (opekotine), mehaničko (na mjestima ulaska i izlaska struje dolazi do razaranja tkiva), kemijsko (rastavlja krvnu plazmu), biološko dijelovanje (stezanje mišića, paraliza srca i pluća). Električna struja najviše djeluje na ulazu i izlazu struje iz tijela gdje dolazi do najvećih opekotina i razaranja tkiva.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
  2. električna struja, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
  3. Ohmov zakon, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.

Poveznice[uredi VE | uredi]