Električna struja

Kolektivno, usmereno kretanje naelektrisanja se naziva električna struja. Da bi se naelektrisanja kretala u istom smeru, između tačaka između kojih se obavlja kretanje mora postojati stalna razlika potencijala – napon. Kako su pozitivna i negativna naelektrisanja u svakom telu manje – više ravnomerno raspoređena, da bi se ostvarila potencijalna razlika neophodno je prethodno izvršiti razdvajanje naelektrisanja.

Izvori električne struje

Do XVIII veka jedini način razdvajanja naelektrisanja je bilo trenje, bez ikakve upotrebne vrednosti. Kada skidate vuneni džemper preko glave čujete puckanje, električno pražnjenje između delova garderobe jer je trenjem došlo do razdvajanja naelektrisanja, koja se električnim pražnjenjem ponovo neutrališu.
1800. godine Alesandro Volta, italijanski fizičar je osmislio “Voltin elektrostatički stub” koji predstavlja preteču prve baterije. Volta je ploče bakra i cinka potopio u sumpornu kiselinu, gde je putem hemijske reakcije došlo do razdvajanja pozitivnih i negativnih naelektrisanja. Između pomenutih ploča je postojao napon od oko 1V i mogla je da protiče električna struja.

Rad izvršen na razdvajanju naelektrisanja naziva se elektromotorna sila i određuje se kao:

$$ \varepsilon =\frac{A}{q}$$

Jedinica elektromotorne sile je Volt  [V], ista kao i jedinica za napon.

Danas je poznato nekoliko osnovnih principa za razdvajanje naelektrisanja i stvaranje uslova za protok električne struje. Hemijski principi su daleko unapređeni i koriste se za proizvodnju baterija i akumulatora. Osim hemijskog principa, u komercijalne svrhe se danas najviše koristi princip elektromagnetne indukcije za proizvodnju električne energije u električnim centralama (hidro, termo, nuklearna). Noviji postupci za razdvajanje naelektrisanja se baziraju na fotonaponskim ćelijama koje se koriste za proizvodnju solarnih panela – pretvaraju svetlosnu energiju sunca u električnu energiju.

Ukoliko izvor naelektrisanja obezbeđuje napon koji tokom vremena ne menja polaritet (“+” i “-” ne menjaju mesta), kroz električno kolo protiče jednosmerna struja. U tom slučaju se jačina električne struje obeležava velikim slovom I. Jednosmerna struja protiče kroz celokupnu zapreminu provodnika. Hemijski izvori (baterije) i fotonaponske ćelije daju isključivo jednosmernu struju, koja predstavlja stabilne izvore napajanja za mnoge elektronske aparate, ali je sa druge strane nepraktična za transport na veće udaljenosti.

Naizmenična struja nastaje kada tokom vremena dolazi do promene polariteta na izvoru napajanja. Ovakvu vrstu struje proizvode generatori naizmenične struje, koji rade na principu elektromagnetne indukcije. Naizmenična struja ne prolazi kroz celokupnu zapreminu provodnika ravnomerno, već se uglavnom prenosi preko površine (skin efekat). Da bi se koristila kao izvor napajanja mnogih električnih i elektronskih aparata, naizmenična struja se mora “ispraviti” i transformisati u jednosmernu struju. Ovaj postupak komplikuje upotrebu naizmenične struje. Sa druge strane, naizmenična struje se može prenositi na veliku daljinu uz daleko manje gubitke, nego jednosmerna struja. Broj promena smera struje u toku jedne sekunde se naziva frekvencija. Naizmenična struja koja se koristi u domaćinstvu i industriji u Evropi (i kod nas) ima frekvenciju 50 Hz (herca), dok se u SAD koristi naizmenična struja frekvencije 60 Hz. Trenutna vrednost naizmenične struje se obeležava malim latiničnim slovom i a jedinica je takođe Amper A.

Efektivne vrednosti

Pošto naizmenična struja u električnom kolu stalno menja vrednost (koja se obeležava malim latiničnim slovom ) definiše se efektivna vrednost električne struje, odnosno vrednost koja je jednaka jednosmernoj struji koja bi pod istim uslovima ostvarili isti efekat.

$$\ I_{ef} =\frac{I_{0}}{\sqrt{2} } \approx 0,707\cdot I_{0}$$

Naizmenična struja jačine i=1A oslobodiće na nekom grejaču istu količinu toplote kao i jednosmerna struja jačine I=0,707A, te kažemo da je efektivna vrednost ove naizmenične struje Ief=0,707A

I0 je maksimalna vrednost koju doseže naizmenična struja

Na isti način se definiše i efektivna vrednost napona naizmenične struje.

$$\ U_{ef} =\frac{U_{0}}{\sqrt{2} } \approx 0,707\cdot U_{0}$$

Vrednost gradskog mrežnog napona od 220V je ustvari efektivna vrednost, dok se maksimalna vrednost može izračunati korišćenjem prethodne formule.

U0 je maksimalna vrednosti koju doseže naizmenični napon