Što je električna struja? Uvjeti za postojanje električne struje: karakteristike i djelovanje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Električna struja je električni naboj u kretanju. Može biti u obliku iznenadnog pražnjenja statičkog elektriciteta, poput munje. Ili bi to mogao biti kontrolirani proces u generatorima, baterijama, solarnim ili gorivnim ćelijama. Danas ćemo razmotriti sam pojam "električne struje" i uvjete za postojanje električne struje.

Električna energija

Većina električne energije koju koristimo dolazi u obliku izmjenične struje iz električne mreže. Stvaraju ga generatori koji rade prema Faradayevom zakonu indukcije, zbog čega promjenjivo magnetsko polje može inducirati električnu struju u vodiču.

Generatori imaju rotirajuće zavojnice žice koje prolaze kroz magnetska polja dokrotacija. Kako se zavojnice okreću, otvaraju se i zatvaraju u odnosu na magnetsko polje i stvaraju električnu struju koja mijenja smjer sa svakim okretom. Struja prolazi kroz puni ciklus naprijed i nazad 60 puta u sekundi.

Generatore mogu pokretati parne turbine koje se zagrijavaju ugljenom, prirodnim plinom, naftom ili nuklearnim reaktorom. Iz generatora struja prolazi kroz niz transformatora, gdje joj se napon povećava. Promjer žica određuje količinu i snagu struje koju mogu nositi bez pregrijavanja i gubitka snage, a napon je ograničen samo koliko su žice dobro izolirane od zemlje.

Zanimljivo je primijetiti da struju prenosi samo jedna žica, a ne dvije. Njegove dvije strane označene su kao pozitivna i negativna. Međutim, budući da se polaritet izmjenične struje mijenja 60 puta u sekundi, oni imaju druga imena - vrući (magistralni vodovi) i uzemljeni (prolaze ispod zemlje kako bi se sklopio).

Zašto nam treba struja?

Struja ima mnogo namjena: može osvijetliti vaš dom, oprati i osušiti vašu odjeću, podići vaša garažna vrata, prokuhati vodu u kuhalu za vodu i napajati druge kućanske potrepštine koje nam uvelike olakšavaju život. Međutim, sposobnost struje da prenosi informacije postaje sve važnija.

Pri spajanju na internet računalo koristi samo mali dio električne struje, ali to je nešto bez čega moderna osobane mogu zamisliti svoj život.

Koncept električne struje

Kao riječni tok, tok molekula vode, električna struja je tok nabijenih čestica. Što je to što ga uzrokuje i zašto ne ide uvijek u istom smjeru? Kada čujete riječ tok, na što pomislite? Možda će to biti rijeka. To je dobra asocijacija, jer je to razlog zašto je električna struja dobila ime. Vrlo je sličan protoku vode, samo umjesto da se molekule vode kreću duž kanala, nabijene čestice kreću se duž vodiča.

Među uvjetima potrebnim za postojanje električne struje, postoji stavka koja osigurava prisutnost elektrona. Atomi u vodljivom materijalu imaju mnoge od ovih slobodnih nabijenih čestica koje lebde oko i između atoma. Njihovo kretanje je nasumično, tako da nema protoka u bilo kojem smjeru. Što je potrebno da električna struja postoji?

Uvjeti za postojanje električne struje uključuju prisutnost napona. Kada se nanese na vodič, svi slobodni elektroni će se kretati u istom smjeru, stvarajući struju.

Zanima me električna struja

Zanimljivo je da kada se električna energija prenosi kroz vodič brzinom svjetlosti, sami se elektroni kreću mnogo sporije. Zapravo, kada biste lagano hodali pored vodljive žice, vaša bi brzina bila 100 puta veća odelektroni se kreću. To je zbog činjenice da ne moraju putovati velike udaljenosti da bi međusobno prenijeli energiju.

Izravna i izmjenična struja

Danas se široko koriste dvije različite vrste struje - izravna i izmjenična. U prvom se elektroni kreću u jednom smjeru, s "negativne" na "pozitivnu" stranu. Izmjenična struja gura elektrone naprijed-nazad, mijenjajući smjer toka nekoliko puta u sekundi.

Generatori koji se koriste u elektranama za proizvodnju električne energije dizajnirani su za proizvodnju izmjenične struje. Vjerojatno nikada niste primijetili da svjetlo u vašoj kući zapravo treperi dok se mijenja smjer struje, ali to se događa prebrzo da bi ga oči prepoznale.

Koji su uvjeti za postojanje istosmjerne električne struje? Zašto su nam potrebne obje vrste i koja je bolja? Ovo su dobra pitanja. Činjenica da još uvijek koristimo obje vrste struje sugerira da obje služe određenim svrhama. Još u 19. stoljeću bilo je jasno da je učinkovit prijenos energije na velike udaljenosti između elektrane i kuće moguć samo pri vrlo visokim naponima. Ali problem je bio u tome što je slanje stvarno visokog napona bilo iznimno opasno za ljude.

Rješenje ovog problema bilo je smanjenje stresa izvan kuće prije nego što ga pošaljete unutra. Do danas se istosmjerna električna struja koristi za prijenos velikihudaljenosti, uglavnom zbog svoje sposobnosti lakog pretvaranja u druge napone.

Kako radi električna struja

Uvjeti za postojanje električne struje uključuju prisutnost nabijenih čestica, vodiča i napona. Mnogi znanstvenici proučavali su elektricitet i otkrili da postoje dvije njegove vrste: statički i strujni.

To je druga koja igra ogromnu ulogu u svakodnevnom životu svake osobe, jer je električna struja koja prolazi kroz strujni krug. Koristimo ga svakodnevno za napajanje naših domova i više.

Što je električna struja?

Kada električni naboji kruže u krugu od jednog mjesta do drugog, nastaje električna struja. Uvjeti postojanja električne struje uključuju, osim nabijenih čestica, i prisutnost vodiča. Najčešće je to žica. Njegov krug je zatvoreni krug u kojem struja teče iz izvora napajanja. Kada je krug otvoren, on ne može dovršiti putovanje. Na primjer, kada je svjetlo u vašoj sobi isključeno, krug je otvoren, ali kada je krug zatvoren, svjetlo je uključeno.

Trenutna snaga

Na uvjete postojanja električne struje u vodiču uvelike utječe takva naponska karakteristika kao što je snaga. Ovo je mjera količine energije koja se koristi u određenom vremenskom razdoblju.

Postoji mnogo različitih jedinica za koje se može koristitiizraze ove karakteristike. Međutim, električna snaga se gotovo mjeri u vatima. Jedan vat jednak je jednom džulu u sekundi.

Električno punjenje u pokretu

Koji su uvjeti za postojanje električne struje? Može biti u obliku iznenadnog pražnjenja statičkog elektriciteta, poput munje ili iskre od trenja o vunenu tkaninu. Međutim, češće, kada govorimo o električnoj struji, mislimo na kontroliraniji oblik električne energije koji pokreće svjetla i uređaje. Većinu električnog naboja nose negativni elektroni i pozitivni protoni unutar atoma. Međutim, potonji su uglavnom imobilizirani unutar atomskih jezgri, pa posao prijenosa naboja s jednog mjesta na drugo obavljaju elektroni.

Elektroni u vodljivom materijalu kao što je metal uglavnom se mogu slobodno kretati od jednog atoma do drugog duž svojih vodljivih pojaseva, koji su više orbite elektrona. Dovoljna elektromotorna sila ili napon stvara neravnotežu naboja koja može uzrokovati kretanje elektrona kroz vodič kao električna struja.

Ako povučemo analogiju s vodom, uzmimo, na primjer, cijev. Kada otvorimo ventil na jednom kraju kako bi voda ušla u cijev, ne moramo čekati da ta voda prođe sve do kraja cijevi. Na drugom kraju vodu dobivamo gotovo trenutno jer nadolazeća voda potiskuje vodu koja je već u cijevi. Ovo se događa kada postoji električna struja u žici.

Električna struja: uvjeti za postojanje električne struje

Električna struja se obično promatra kao tok elektrona. Kada su dva kraja baterije međusobno spojena metalnom žicom, ova nabijena masa teče kroz žicu s jednog kraja (elektrode ili pola) baterije na suprotni. Dakle, nazovimo uvjete za postojanje električne struje:

1. Nabijene čestice.
2. Istraživač.
3. Izvor napona.

Međutim, nije sve tako jednostavno. Koji su uvjeti potrebni za postojanje električne struje? Na ovo pitanje možete odgovoriti detaljnije gledajući sljedeće karakteristike:

• Razlika potencijala (napon). To je jedan od preduvjeta. Između 2 točke mora postojati razlika potencijala, što znači da odbojna sila koju stvaraju nabijene čestice na jednom mjestu mora biti veća od njihove sile u drugoj točki. Izvori napona, u pravilu, ne postoje u prirodi, a elektroni su prilično ravnomjerno raspoređeni u okolini. Ipak, znanstvenici su uspjeli izmisliti određene vrste uređaja u kojima se te nabijene čestice mogu akumulirati, stvarajući tako potreban napon (na primjer, u baterijama).
• Električni otpor (vodič). Ovo je drugi važan uvjet koji je neophodan za postojanje električne struje. Ovo je put kojim putuju nabijene čestice. Samo oni materijali koji omogućuju slobodno kretanje elektrona djeluju kao vodiči. Isti oni kodkoji nemaju tu sposobnost nazivaju se izolatori. Na primjer, metalna žica će biti izvrstan provodnik, dok će njezin gumeni omotač biti izvrstan izolator.

Pomno proučavajući uvjete za nastanak i postojanje električne struje, ljudi su uspjeli ukrotiti ovaj moćni i opasni element i usmjeriti ga za dobrobit čovječanstva.