Istosmjerna struja

Izvor: Wikipedija

Istosmjerna struja je pojam koji označava električnu struju čiji tok elektrona ne mijenja smjer kretanja.

Računamo je prema formuli poznatoj kao Ohmov zakon:

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

gdje je

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)

Ako pozitivni priključak izvora preko nekog trošila (primjerice sijalice) 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 sijalice usijati, te će ona 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 da bi bilo teško često crtati bateriju, žarljicu 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. Strujni krug dakle sadrži neki izvor struje napona U na stezaljkama, neko trošilo i električne vodove. U našem primjeru uključili smo i prekidač (sklopku) S, za uključenje / isključenje strujnog toka.

Na slikama primjećujemo 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.

Dakle, kao pozitivan, smjer struje je definiran od + prema - polu, iako se ustvari 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 ta takvu struju zovemo 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 putanje jednog atoma na ljuskastu putanju 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.

[uredi] Elektromotorna sila i napon na stezaljkama izvora

I unutrašnjost izvora struje pruža 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 priključeno nikakvo trošilo, razlika potecijala (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 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 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 unutrašnjem otporu I x R_i. Napon na stezaljkama bit će dakle:

U = E - I x R_i

U ovom primjeru, zanemaren je pad napona na vodovima strujnog kruga.

Da zaključimo: opterećenom izvoru napon na stezaljkama bit će manji nego neopterećenom. Zavisnost napona na stezaljkama izvora od jakosti struje koju ostvaruje 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.

Uz već navedeni toplinski učinak, električna struja može proizvesti i druge vrste učinaka: