Razlika između inačica stranice »Istosmjerna struja«

Dodano 5.498 bajtova ,  prije 3 godine
Nadopunio Istosmjerna struja
(Nadopunio Istosmjerna struja)
[[datoteka:Crookes tube two views.jpg|mini|desno|290px|[[Crookesova cijev]] (2 pogleda): na svjetlu i u tami. [[Elektron]]i putuju ravno s lijeve strane gdje je [[katoda]], na desnu stranu gdje je [[anoda]] ([[žica]] na dnu [[cijev]]i desno). Kao dokaz struje elektrona postavljen je [[Malteški križ]] koji baca sjenu na desnu stranu cijevi.]]
'''Istosmjerna struja''' je pojam koji označava [[električna struja|električnu struju]] čiji tok elektrona ne mijenja smjer kretanja.
 
[[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]].]]
Mjerenje je olakšano računom prema formuli poznatoj kao [[Ohmov zakon]]:
 
[[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]].]]
:<math>
I = \frac{U}{R}
</math>
 
[[datoteka:Circuit1.jpg|mini|desno|290px| ]]
gdje je
 
[[datoteka:Circuit2.jpg|mini|desno|290px|]]
:''I'' je [[jakost struje]] (osnovna jedinica [[amper]])
:''U'' je [[razlika potencijala]] ili ''napon'' (osnovna jedinica je [[volt]])
:''R'' je [[električni otpor]] (osnovna jedinica je [[ohm]])
 
[[Datotekadatoteka:Karakteristika izvora.jpg|rightmini|desno|290px|]]
Fundamentalno je jačina istosmjerne struje objašnjena matematičkim izrazom:
 
'''Istosmjerna struja''' je [[električna struja]] koja ima u tijeku [[Vrijeme (fizika)|vremena]] stalnu ili konstantnu [[jakost]] i trajno jedan te isti smjer. Za istosmjernu struju u [[strujni krug|strujnim krugovima]] vrijede osnovni zakoni: [[Ohmov zakon]], [[Kirchhoffovi zakoni o struji i naponu|oba Kirchhoffova zakona]] i zakoni osnovnih učinaka ([[Jouleov zakon]] za toplinski učinak, [[Faradayevi zakoni elektrolize]], Hopkinsonov zakon [[magnetski tok|magnetskog toka]]). <ref> '''električna struja''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17572] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.</ref>
:<math>
I = \frac{Q}{t}
</math>
 
'''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 (-).
gdje je
 
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.
:''Q'' je [[količina naboja]] ili ''naboj'' (osnovna jedinica je [[kulon]])
:''t'' je [[vremenski period]] (osnovna jedinica je [[sekunda]])
 
== VidiOhmov jošzakon ==
Koji govori da je jakost električne struje I zapravo količina naboja Q koja prođe presjekom nekog vodiča u nekom vremenu t.
{{Glavni|Ohmov zakon}}
[[Datoteka:Circuit1.jpg|right]] [[Datoteka:Circuit2.jpg|right]]
 
'''Ohmov zakon''' (nazvan po njemačkom fizičaru [[Georg Simon Ohm|Georgu Simonu Ohmu]]) je zakon prema kojemu je [[jakost električne struje]] ''I'' u [[električni vodič|električnom vodiču]], pri [[Konstanta|konstantnoj]] [[temperatura|temperaturi]], određena kao omjer [[električni napon|električnoga napona]] ''U'' koji električnu struju prouzročuje i [[električni otpor|električnoga otpora]] ''R'':
Ako pozitivni priključak izvora preko nekog trošila (primjerice žarulje) povežemo na negativni priključak izvora, elektroni će nagrnuti sa negativnog pola gdje su nagužvani, prema pozitivnom polu gdje ih nedostaje tako snažno, da će se tanka otporna žica žarulje usijati, te će žarulja zasvijetliti. Drugim riječima, od negativnog pola baterije poteći će struja elektrona (tzv. '''električna struja''') prema pozitivnom polu. Zagrijavanje vodiča zbog prolaska struje zovemo '''toplinskim učinkom''' električne struje.
 
:<math>I = \frac{U}{R} </math>
S obzirom na to da bi bilo teško često crtati bateriju, žaruljicu i druge električne elemente i naprave, dogovoreni su simboli za razne vrste električnih elemenata, pa opisani sklop shematski možemo prikazati donjom slikom. Takav sklop zovemo strujnim krugom.
 
I ostali oblici tog oblika zakona također se nazivaju po Ohmu:
'''Strujni krug''' dakle sadrži neki '''izvor ''' ili točnije izvor [[napon|napona]] '''U''' na stezaljkama (iako greškom često zvan izvor struje), neko '''trošilo''' i '''električne vodove'''. U prikazanom primjeru ucrtana je i '''sklopka S''', za uključenje / isključenje strujnog toka.
 
:<math> U = I \cdot R </math>
Na slikama je vidljivo da je smjer struje označen od + prema - , dakle obrnuto od smjera kretanja elektrona. Smjer struje je naime određen dogovorno, zbog definiranja zakonitosti prema kojima se odvijaju električni procesi, još u vrijeme kada nije bio detaljnije poznat mehanizam nastajanja električnih pojava.
 
:<math> R = \frac{U}{I} </math>
Dakle, '''kao pozitivan, smjer struje je definiran od + prema - polu''', iako se zapravo slobodni elektroni kroz strujni krug izvan izvora kreću u obrnutom smjeru. Ako se polaritet izvora ne mijenja kao kod baterijskog izvora, ne mijenja se ni smjer struje kroz strujni krug, pa se ta struja zove '''istosmjernom'''.
 
:<math> I = U \cdot G </math>
Struja kroz vodič putuje velikom brzinom, međutim treba imati u vidu da je to ustvari brzina putovanja pojave premještanja elektrona s atoma na atom. Elektroni naime ne prelaze čitav strujni krug jureći kroz njega, nego samo preskaču sa ljuskaste staze jednog atoma na ljuskastu stazu susjednog, prelazeći samo kratak put kroz vodič. To sliči putovanju vala po morskoj površini. Morem ne putuju čestice vode, nego samo pojava njihovog izdizanja i spuštanja.
 
gdje je:
== Elektromotorna sila i napon na stezaljkama izvora ==
:* ''I'' je- [[jakost električne struje]] (osnovnakroz jedinica[[strujni krug]] u [[amper]]ima (A);
* ''U'' - [[električni napon]] [[Električni izvor|izvora]] u [[volt]]ima (V);
* ''R'' - ukupan [[električni otpor]] strujnog kruga (otpor [[trošilo|trošila]] + otpor [[električni vod|električnih vodova]] + unutarnji otpor [[Električni izvor|izvora struje]]) u [[om]]ima (Ω). Om se može napisati i kao [[volt]]/[[amper]] (V/A).
* ''G'' - [[električna vodljivost]], pa i neki izvedeni oblici, na primjer za vodiče pri različitim [[temperatura]]ma. <ref> '''Ohmov zakon''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=44871] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.</ref>
 
Ohmov zakon je jedan od temeljnih zakona [[elektrotehnika|elektrotehnike]]. Ohmov zakon vrijedi za [[metali|metale]] i [[elektrolit|vodljive otopine]]. Takvi se vodiči zovu omski vodiči. Za neke materijale Ohmov zakon ne vrijedi a takvi se vodiči zovu neomski.
Iz unutrašnjost izvora pruža se otpor prolasku struje. Taj se otpor zove '''unutarnji otpor''' izvora '''R<sub>i</sub>'''.
Izvor stvara tzv. '''elektromotornu silu''' ('''E'''), tj. proizvodi razliku električnog potencijala na svojim stezaljkama, gomilajući elektrone na negativnom polu. Kad je izvor neopterećen, tj. kada nije na njega priključeno nikakvo trošilo, razlika potencijala (napon) na njegovim stezaljkama jednaka je elektromotornoj sili. Kad se međutim na izvor priključi trošilo, tj. kad je izvor opterećen, može se shvatiti da je u strujni krug uključen otpor trošila '''R''', a s njim u seriju uključen je i unutarnji otpor izvora '''R<sub>i</sub>'''. Ukupna elektromotorna sila raspodjeljuje se na savladavanje oba otpora. Kod toga, na oba otpora nastaje pad napona proporcionalan otporima.
 
== Jouleova toplina ==
Rezultat je toga, da na stezajkama izvora više nećemo moći dobiti puni iznos elektromotorne sile koju stvara izvor, nego će ona biti umanjena za vrijednost pada napona na unutarnjem otporu '''I x R<sub>i</sub>'''. Napon na stezaljkama bit će dakle:
{{Glavni|Jouleova toplina}}
 
'''Jouleova toplina''' je [[toplina]] koja nastaje pri prolasku [[električna struja|električne struje]] kroz [[Električni vodič|vodič]] zbog njegova [[Električni otpor|otpora]]. Ta je količina topline:
[[Datoteka:Karakteristika izvora.jpg|right]]
 
'''U:<math>Q = E - I^2 x\cdot R<sub>i \cdot t </submath>'''
 
gdje je: ''I'' - [[električna struja|jakost struje]], ''R'' - [[električni otpor]] [[Električni vodič|vodiča]], a ''t'' - [[Vrijeme (fizika)|vrijeme]]. Jednadžba je poznata i pod nazivom '''Jouleov zakon'''. <ref> '''Joule, James Prescott''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=29371] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.</ref>
 
Prema tome Jouleov zakon glasi:
 
'''Razvijena toplina u nekom električnom vodiču (otporu) je razmjerna s kvadratom jakosti električne struje, veličinom električnog otpora i vremenom.''' <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>
 
== Električni naboj ili količina elektriciteta ==
{{Glavni|Električni naboj}}
 
FundamentalnoU jeosnovi jačinase jakost istosmjerne struje objašnjena matematičkim izrazom:
 
:<math> I = \frac{Q}{t} </math>
 
gdje je: ''Q'' - [[količina elektriciteta]] ili [[električni naboj]] (osnovna jedinica je [[kulon]]), ''t'' - [[Vrijeme (fizika)|vremenski period]] (osnovna jedinica je [[sekunda]]). Ovaj izraz govori da je [[jakost električne struje]] zapravo količina naboja ''Q'' koja prođe presjekom nekog vodiča u nekom vremenu ''t''.
 
Ako pozitivni priključak izvora preko nekog [[trošilo|trošila]] (primjerice [[Električna žarulja|žarulje]]) povežemo na negativni priključak [[Proizvodnja električne energije|izvora]], elektroni će nagrnuti sa negativnog pola gdje su nagužvani, prema pozitivnom polu gdje ih nedostaje tako snažno, da će se tanka otporna žica žarulje usijati, te će žarulja zasvijetliti. Drugim riječima, od negativnog pola baterije poteći će struja elektrona (tzv. '''električna struja''') prema pozitivnom polu. Zagrijavanje vodiča zbog prolaska struje zovemo '''toplinskim učinkom''' električne struje.
 
S obzirom na to da bi bilo teško često crtati bateriju, žaruljicu i druge električne elemente i naprave, dogovoreni su simboli za razne vrste električnih elemenata, pa opisani sklop shematski možemo prikazati donjom slikom. Takav sklop zovemo strujnim krugom. [[Strujni krug]] dakle sadrži neki izvor ili točnije izvor [[napon|napona]] ''U'' na stezaljkama (iako greškom često zvan izvor struje), neko trošilo i [[Električni vod|električne vodove]]. U prikazanom primjeru ucrtana je i [[sklopka]] ''S'', za uključenje, odnosno isključenje strujnog toka. Na slikama je vidljivo da je smjer struje označen od + prema - [[pol]]u, dakle obrnuto od smjera kretanja elektrona. Smjer struje je naime određen dogovorno, zbog određivanja zakonitosti prema kojima se odvijaju električni procesi, još u vrijeme kada nije bio detaljnije poznat mehanizam nastajanja električnih pojava.
 
Dakle, '''kao pozitivan, smjer struje je definiran od + prema - polu''', iako se zapravo slobodni elektroni kroz strujni krug izvan izvora kreću u obrnutom smjeru. Ako se polaritet izvora ne mijenja kao kod baterijskog izvora, ne mijenja se ni smjer struje kroz strujni krug, pa se ta struja zove '''istosmjernom'''.
 
Struja kroz vodič putuje velikom brzinom, međutim treba imati u vidu da je to ustvari brzina putovanja pojave premještanja elektrona s atoma na atom. Elektroni naime ne prelaze čitav strujni krug jureći kroz njega, nego samo preskaču sa ljuskaste staze jednog atoma na ljuskastu stazu susjednog, prelazeći samo kratak put kroz vodič. To sliči putovanju vala po morskoj površini. Morem ne putuju čestice vode, nego samo pojava njihovog izdizanja i spuštanja.
 
== Elektromotorna sila i napon na stezaljkama izvora ==
{{Glavni|Elektromotorna sila}}
 
IzvorIz stvaraunutrašnjost tzvizvora pruža se otpor prolasku struje. Taj se otpor zove unutarnji otpor izvora ''R<sub>i</sub>''. Izvor stvara takozvanu elektromotornu silu''' ('''E'''), tj.to jest proizvodi razliku [[električni potencijal|električnog potencijala]] na svojim stezaljkama, gomilajući elektrone na negativnom polu. Kad je izvor neopterećen, tj.to jest kada nije na njega priključeno nikakvo trošilo, razlika potencijala ([[električni napon]]) na njegovim stezaljkama jednaka je elektromotornoj sili. Kad se međutim na izvor priključi trošilo, tj.to jest kad je izvor opterećen, može se shvatiti da je u strujni krug uključen otpor trošila '''R''', a s njim u seriju uključen je i unutarnji otpor izvora '''R<sub>i</sub>'''. Ukupna elektromotorna sila raspodjeljuje se na savladavanje oba otpora. Kod toga, na oba otpora nastaje pad napona proporcionalansukladan otporima. Rezultat je toga, da na stezajkama izvora više nećemo moći dobiti puni iznos elektromotorne sile koju stvara izvor, nego će ona biti umanjena za vrijednost pada napona na unutarnjem otporu ''I∙R<sub>i</sub>''. Napon na stezaljkama bit će dakle:
U ovom primjeru, zanemaren je pad napona na vodovima strujnog kruga.
 
:<math> U = E - I \cdot R_i </math>
'''Opterećenom izvoru napon na stezaljkama bit će manji nego neopterećenom'''. Ovisnost napona na stezaljkama izvora o jakosti struje koju daje izvor prikazuje dijagram koji se zove '''karakteristika izvora'''.
 
U ovom primjeru, zanemaren je pad napona na vodovima strujnog kruga. '''Opterećenom izvoru napon na stezaljkama bit će manji nego neopterećenom'''. Ovisnost napona na stezaljkama izvora o jakosti struje koju daje izvor prikazuje dijagram koji se zove ''karakteristika izvora''. Smanjenje napona izvora nakon opterećenja razlogom je, što mjerenje napona baterijskih članaka kad su izvađeni iz uređaja i neopterećeni, ne daje pravu sliku stanja baterije. Neopterećena, ona može pokazivati puni napon, no, kad se optereti, može se pokazati da je ipak poluprazna i da nema dovoljan napon za ispravan rad uređaja s većom potrošnjom.
 
== Izvori ==
Uz već navedeni toplinski učinak, električna struja može proizvesti i druge vrste učinaka:
{{Izvori}}
 
== Poveznice ==
* '''[[toplinski učinak električne struje|toplinski učinak]]'''
* [[elektromotornaElektromotorna sila]]
* '''[[magnetski učinak električne struje| magnetski učinak]]'''
* '''[[kemijski učinak električne struje| kemijski učinak]]'''
* '''[[mehanički učinak električne struje| mehanički učinak]]''' (u magnetskom polju)
 
== Vidi još ==
* [[elektromotorna sila]]
 
{{Mrva-energetika}}
[[Kategorija:Energetika]]
[[Kategorija:Elektromagnetizam]]