Električna struja
From Wikipedia, the free encyclopedia
Električna struja je usmjereno gibanje nabijenih čestica.[1][2] U metalima te čestice su elektroni, u poluvodičima struju čine elektroni i šupljine, u elektrolitima su to pozitivni i negativni ioni, u plazmi elektroni i ioni, a u supravodičima parovi elektrona. Do ovakvog gibanja naboja dolazi ili zbog utjecaja elektromagnetskog polja ili zbog nejednakih koncentracija naboja. Električna struja je neravnotežno stanje materije takvo da je na izvoru struje energija naboja u prosjeku viša od prosječne energije u njenom ponoru. Ovakva razlika stvara se na polovima baterija zbog elektrokemijskih procesa na njihovim elektrodama, u električnim generatorima zbog utjecaja promjenjivog magnetskog polja na naboje u njihovim zavojnicama, u fotoćelijama zbog učinaka svjetlosti na tvari, a na dvama krajevima termoelektrika zbog razlike u populaciji elektronskih stanja uzrokovane razlikom u temperaturi.
Kada se električni vodič priključi na polove ovakvih izvora promijeni se i energija naboja na njegovim krajevima te vodičem poteče struja. Ona je to veća što je veći generirani napon, odnosno što je razlika električnih potencijala dvaju polova izvora veća. Ako bi se električna struja zamišljala kad tok tekućine u cijevima, tada bi se izvor struje moglo zamišljati kao pumpu koja tekućini povećava energiju dižući je uvis. Često se kaže da je uzrok gibanju elektrona u vodičima elektromotorna sila (EMS), to jest ona sila koja stvara razliku električnih potencijala, ili električni napon. Dok god je izvor u mogućnosti održavati stalni električni napon na svojim polovima u električnom vodiču teče stalna električna struja. Onaj pol izvora struje koji ima viši električni potencijal označava se plusom (+), a pol koji ima niži potencijal minusom (−). Izvori kojima su priključci uvijek istoga pola daju istosmjernu struju i nazivaju se istosmjernim izvorima. Oni izvori koji struju tjeraju čas u jednom, čas u drugom smjeru nazivaju se izmjeničnima, a takva struja izmjeničnom strujom.[3]
Budući da bi u vodiču koji je samo jednim krajem vezan za istosmjerni izvor brzo došlo do preraspodjele naboja koji bi priječio svako dalje protjecanje, vodiči se u pravilu spajaju u zatvoreni strujni krug, od jednog do drugog pola izvora. Za otvaranje i zatvaranje strujnih krugova služe različiti prekidači ili sklopke. Otvori li se strujni krug, 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. Izmjenične struje se ponašaju drugačije, pa mogu teći i vodičima koji su prekinuti izolatorima u elementima krugova poput električnih kondenzatora, te u radioantenama.
U vodičima, elektroni struje od mjesta gdje im je energija viša prema mjestu gdje je ona manja, to jest smjerom koji je suprotan smjeru električnog polja—od negativnog prema pozitivnom polu. Taj se smjer zove elektronski smjer. Međutim se u elektrotehnici obično uzima protivni smjer kao smjer toka struje, onaj 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.