Električna struja: razlika između inačica
Nadopunio Električna struja |
Nadopunio Električna struja |
||
| Redak 5: | Redak 5: | ||
[[datoteka:Daniellov članak 2.png|mini|desno|290px|Kod [[John Frederic Daniell|Daniellovog]] članka [[elektroda|elektrode]] nisu bile u istom [[elektrolit]]u (bakrena u otopini [[Bakrov(II) sulfat pentahidrat|bakrova sulfata]], cinkova u otopini [[cinkov sulfat|cinkova sulfata]]), a elektroliti su odijeljeni poroznom [[membrana|membranom]].]] |
[[datoteka:Daniellov članak 2.png|mini|desno|290px|Kod [[John Frederic Daniell|Daniellovog]] članka [[elektroda|elektrode]] nisu bile u istom [[elektrolit]]u (bakrena u otopini [[Bakrov(II) sulfat pentahidrat|bakrova sulfata]], cinkova u otopini [[cinkov sulfat|cinkova sulfata]]), a elektroliti su odijeljeni poroznom [[membrana|membranom]].]] |
||
[[datoteka:Otpor.jpg|mini|290px|desno|[[Jouleova toplina]] je [[toplina]] koja nastaje pri prolasku električne struje kroz [[Električni vodič|vodič]] zbog njegova [[Električni otpor|otpora]].]] |
|||
'''Električna struja''' je tijek [[električni naboj|električnog naboja]], tj. usmjereno gibanje njegovih nosilaca. |
|||
'''Električna struja''' je [[gibanje]] slobodnih [[elektron]]a, to jest [[Električni naboj|negativno nabijenih čestica]]. Do takvog gibanja dolazi u nekom [[električni vodič|električnom vodiču]] ako je on svojim krajevima priključen na [[pol]]ove nekog [[Proizvodnja električne energije|izvora struje]] između kojih postoji [[električni napon]]. Kako napon između polova nastaje zbog razlike količine [[elektron]]a, 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 [[električni vodič|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 (-). |
|||
Električna struja može biti [[istosmjerna struja|istosmjerna]] ili [[izmjenična struja|izmjenična]]. |
|||
Za svako [[gibanje]] postoji neki uzrok. Tako je na primjer uzrok gibanju vode u [[vodovod]]nim cijevima razlika [[tlak]]a, 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 [[prekidač]]i ili [[sklopka|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. |
|||
Struja teče kroz [[metal]]e, [[elektrolit]]e, [[plin]]ove i [[poluvodič]]e. Nosioci [[električni naboj|naboja]] u metalima su slobodni [[elektron]]i, u elektrolitima negativni i pozitivni [[ion]]i ([[anion]]i i [[kation]]i), u plinovima ioni i elektroni, a u poluvodičima elektroni i [[šupljina|šupljine]]. |
|||
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 [[elektrotehnika|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 [[elektrotehnika|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. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref> |
|||
Metali koji obiluju slobodnim elektronima su dobri [[električni vodič|vodiči struje]], npr. [[srebro]], [[bakar (element)|bakar]] i [[zlato]]. |
|||
Slobodni elektroni su oni elektroni koji nisu u atomu, npr. omjer slobodnih i neslobodnih elektrona u bakru je 1:1, a to znači da na svaki kubični centimetar bakra dolazi 1{{e|22}} slobodnih elektrona, pa se bakar odlikuje dobrom vodljivošću. |
|||
Električna struja je naziv kojim se općenito označuje [[gibanje]] [[elektricitet]]a. U metalnim vodičima to je gibanje [[elektron]]a, u [[poluvodič]]ima gibanje elektrona i šupljina, dok se na primjer u [[elektrolit]]skim otopinama gibaju pozitivni i negativni [[ion]]i. 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 [[električni vodič|električnih vodiča]] naziva se provodnom strujom, a gibanje nabijenih materijalnih [[čestica]] u slobodnom prostoru naziva se konvekcijskom strujom. <ref> '''električna struja''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17572] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.</ref> |
|||
Dogovorom znanstvenika određen je tehnički smjer struje kao smjer gibanja pozitivnog naboja (od pozitivnog prema negativnom polu). Kako se elektroni gibaju u suprotnom smjeru to znači da |
|||
je njihov naboj negativan. |
|||
Elektroni se u vodiču usmjereno gibaju pod utjecajem [[električno polje|električnog polja]], pa zbog toga na krajevima vodiča mora postojati razlika [[električni potencijal|potencijala]], tj. [[napon]]. |
|||
Kad nema električnog polja, gibanje elektrona je kaotično, što znači da je svaki smjer jednako moguć i to brzinom od oko 1000 km/s (srednja termička brzina). Djelovanjem električnog polja elektroni dobivaju dodatnu zajedničku komponentu brzine gibanja prema pozitivnom polu (klizanje) od svega nekoliko mm/s (driftna brzina). |
|||
Količina naboja ''Q'' u nekom vodiču jednaka je umnošku naboja elektrona ''e'' i broju tih elektrona ''N'': |
|||
:<math>Q = e\cdot N</math> |
|||
== Jakost električne struje == |
== Jakost električne struje == |
||
| Redak 45: | Redak 36: | ||
:<math>\mbox{C} = \mbox{A} \cdot \mbox{s} </math> |
:<math>\mbox{C} = \mbox{A} \cdot \mbox{s} </math> |
||
Osim ampera upotrebljava se još 1 kA (kiloamper) = 10<sup>3</sup> A; 1 mA (miliamper) = 10<sup>-3</sup> A; 1 μA (mikroamper) = 10<sup>-3</sup> mA = 10<sup>-6</sup> A. [[Mjerni instrument]] za mjerenje jakosti električne struje naziva se [[ampermetar]], a za mjerenje [[električni napon|električnog napona]] [[voltmetar]]. |
Osim ampera upotrebljava se još 1 kA (kiloamper) = 10<sup>3</sup> A; 1 mA (miliamper) = 10<sup>-3</sup> A; 1 μA (mikroamper) = 10<sup>-3</sup> mA = 10<sup>-6</sup> A. [[Mjerni instrument]] za mjerenje jakosti električne struje naziva se [[ampermetar]], a za mjerenje [[električni napon|električnog napona]] [[voltmetar]]. |
||
== Opasnost za čovjeka == |
== Opasnost za čovjeka == |
||
Inačica od 15. kolovoza 2017. u 18:21
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
Jakost električne struje 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.
Opasnost za čovjeka
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.