Istosmjerna struja

Istosmjerna struja je struja koja ne mijenja smjer kretanja prilikom prolaska kroz provodnik.

Računanje istosmjerne struje se izvodi preko Ohmovog zakona, koji govori da je jačina električne struje I količina naboja Q koja prođe presjekom provodnika u vremenu t:

$I={\frac {U}{R}}$

gdje je

I - jačina struje (osnovna jedinica amper)

U - razlika potencijala ili napon (osnovna jedinica volt)

R - električni otpor (osnovna jedinica ohm)

Fundamentalno je jačina istosmjerne struje objašnjena matematičkom formulom:

$I={\frac {Q}{t}}$

gdje je

Q - količina naboja ili naboj (osnovna jedinica kulon)

t - vremenski interval (osnovna jedinica sekunda)

Ako pozitivni priključak izvora preko nekog potrošača (npr. sijalice) povežemo na negativni priključak izvora, elektroni će krenuti sa negativnog pola, gdje su zgusnuti, prema pozitivnom polu, gdje ih nedostaje, tako snažno da će se tanka otporna žica sijalice usijati, te će sijalica zasvijetliti. Drugim riječima, od negativnog pola baterije poteći će struja elektrona (tzv. električna struja) prema pozitivnom polu. Zagrijavanje provodnika zbog prolaska struje zovemo toplotnim efektom 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 šematski možemo prikazati donjom slikom. Takav sklop zovemo strujnim krugom.

Strujno kolo dakle sadrži neki izvor ili tačnije izvor napona U na stezaljkama (iako greškom često zvan izvor struje), neki potrošač i električne provodnike.

Smjer struje je naime određen konvencionalno, zbog definisanja zakona prema kojima se odvijaju električni procesi, još u vrijeme kada nije bio detaljnije poznat mehanizam nastajanja električnih pojava.

Kao pozitivan, smjer struje je definisan od + prema - polu, iako se ustvari slobodni elektroni kroz strujno kolo izvan izvora kreću u obrnutom smjeru. Ako se polaritet izvora ne mijenja kao kod baterijskog izvora, ne mijenja se ni smjer struje kroz strujno kolo, pa se ta struja zove istosmjernom.

Struja kroz provodnik putuje velikom brzinom, međutim treba imati u vidu da je to ustvari brzina putovanja pojave premještanja elektrona s atoma na atom. Elektroni ne prelaze čitav strujni krug jureći kroz njega, nego samo preskaču sa ljuskaste putanje jednog atoma na ljuskastu putanju susjednog, prelazeći samo kratak put kroz provodnik. To sliči putovanju valova po morskoj površini. Morem ne putuju čestice vode, nego samo pojava njihovog izdizanja i spuštanja.

Elektromotorna sila (EMS) i napon na stezaljkama izvora

Iz unutrašnjosti izvora pruža se otpor prolasku struje. Taj se otpor zove unutrašnji otpor izvora R_i. 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 priključen nikakav potrošač, razlika potecijala (napon) na njegovim stezaljkama jednaka je elektromotornoj sili. Kad se na izvor priključi potrošač, tj. kad je izvor opterećen, može se shvatiti da je u strujni krug uključen otpor potrošača R, a s njim u seriju uključen je i unutrašnji otpor izvora R_i. Ukupna elektromotorna sila raspodjeljuje se na savladavanje oba otpora. Kod toga, na oba otpora nastaje pad napona proporcionalan otporima.

Rezultat toga je 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 unutrašnjem otporu I * R. Napon na stezaljkama će biti:

$U=E-I*R$

U ovom primjeru zanemaren je pad napona na provodnicima strujnog kola (pad napona na provodnicima je zanemarljivo mali).

Opterećenom izvoru napon na stezaljkama bit će manji nego neopterećenom. Zavisnost napona na stezaljkama izvora od jačine struje koju ostvaruje izvor prikazuje dijagram koji se zove karakteristika izvora.

Smanjenje napona izvora nakon opterećenja razlog 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, ali kad se optereti, može se pokazati da je ipak poluprazna i da nema dovoljan napon za ispravan rad uređaja s većom potrošnjom.

Uz već navedeni toplotni efekat, električna struja može proizvesti i druge vrste efekata:

• toplotni efekat
• magnetni efekat
• hemijski efekat
• elektro-mehanički efekat (magnetno polje)

Također pogledajte

• Naizmjenična struja
• Elektromotorna sila