Šta je električno kolo?
Električno kolo je zatvoreni put kojim protiče električna struja – od plus pola izvora do minus pola. Da bi struja mogla da teče, kolo mora biti zatvoreno.
U kolu se nalaze:
- Izvor struje – obezbeđuje napon (potencijalnu razliku) između svojih polova. Najčešći izvor je baterija.
- Provodnici – delovi kroz koje struja prolazi nesmetano (šematski se prikazuju pravim linijama).
- Termogeni otpornici – deo električne energije pretvaraju u toplotu.
- Potrošač – uređaj koji električnu energiju pretvara u koristan rad (npr. sijalica pretvara deo energije u svetlost, deo u toplotu).
Elementi električnog kola
Izvori električne struje (baterije) snabdevaju električno kolo slobodnim nosiocima naelektrisanja i u električnom kolu se obeležavaju kao dve paralelne linije različite dužine. Kraća linija predstavlja negativni pol baterije, dok je duža linija pozitivni pol baterije.
Provodnik je deo električnog kola kroz koji se slobodna naelektrisanja kreću bez ikakvog otpora (idealizovan slučaj). Provodnik je najlakše zamisliti kao bakarnu žicu koja spaja različite elemente električnog kola. Sve tačke istog provodnika, u električnom kolu se nalaze na istom potencijalu.
Termogeni otpornik je deo električnog kola koji jedan deo električne energije, pri protoku električne struje, pretvara u toplotu. Oznaka termogene otpornosti je R, dok je merna jedinica [Ω] (Om). Pri prolasku električne struje kroz provodnik dolazi do “pada napona” na samom provodniku, te na strani na kojoj ulazi električna struja vlada veći potencijal nego na strani na kojoj struja iz otpornika izlazi.
Potrošač je deo električnog kola koji pretvara električnu energiju u neki drugi vid energije (mehanički rad, svetlost, toplota …). Kao primer potrošača koristićemo sijalicu, koja pretvara električnu energiju u svetlost. Šematska oznaka za sijalicu je kružić sa krstićem.
Električna otpornost
Provodnici ne propuštaju struju potpuno slobodno. Elektroni se sudaraju sa atomima i predaju im deo energije, pa se provodnik zagreva. Ova osobina se naziva električna otpornost i obeležava se slovom R, a jedinica je om (Ω).
Otpornost zavisi od:
- materijala provodnika,
- njegove dužine l,
- površine poprečnog preseka S.
Formula: $ R = \rho \cdot \frac{l}{S} $ gde je:
- $\rho$ – specifična otpornost materijala,
- $l$ – dužina provodnika,
- $S$ – površina poprečnog preseka.
Što je provodnik duži i tanji, otpornost je veća.
Omov zakon
Nemački fizičar Georg Ohm je otkrio vezu između napona (U), jačine struje (I) i otpornosti (R): $ I = \frac{U}{R} $ Ako je otpor veći, pri istom naponu, struja je manja.
Rad i energija u električnom kolu
Rad koji električno polje izvrši pri pomeranju naelektrisanja: $ A = q \cdot U $ Pošto je $q = I \cdot t$, dobijamo: $ A = I \cdot t \cdot U $
Ako se sav rad pretvori u toplotu (npr. u otporniku), količina toplote je: $ Q = I \cdot t \cdot U $
Koristeći Omov zakon $U = I \cdot R$, dobijamo Džul–Lencov zakon: $ Q = R \cdot I^2 \cdot t $
To znači: što je veća otpornost i jačina struje, gubici na toplotu su veći. Ako se struja poveća 10 puta, gubici rastu 100 puta (jer je $I^2$ u formuli).
Zašto je ovo važno?
Kod prenosa električne energije na velike daljine (kilometri provodnika), otpornost je velika, pa se mora paziti na gubitke. Zato se koristi naizmenična struja – o tome ćemo učiti kasnije.