Електрична струја

Из пројекта Википедија

Електрична струја је усмерено кретање наелектрисања под утицајем електричног поља или разлике електричних потенцијала. СИ јединица за електричну струју је ампер (А), што је једнако протоку једног кулона наелектрисања у секунди.

Садржај

1 Дефиниција
2 Струја у класичним чврстим проводницима
3 Просечна брзина наелектрисања
4 Омов закон
5 Конвенционални смер струје
6 Референтан смер
7 Електромагнетизам
8 Да ли струја „тече“?
9 Види још
10 Спољашње везе

[уреди] Дефиниција

Интензитет електричне струје се дефинише као извод по времену наелектрисања

$I = {dQ \over dt}$

Строжије, ово се записује:

$i(t) = {dq(t) \over dt}$ или инверзно као $q(t_0) = \int_{-\infty}^{t_0} i(t)\, dt$

Количина наелектрисања Q која протекне у јединици времена t је I, што потиче од француске речи за струју intensité.

[уреди] Струја у класичним чврстим проводницима

У већини чврстих проводника, када на њих не делују спољне силе, постоји насумично кретање слободних електрона који постоје услед термалне енергије коју електрони добијају из околног простора. Када атом изгуби слободни електрон, постаје позитивно наелектрисан. Слободан електрон може да се креће међу овим позитивним јонима, док они могу само да осцилују око њихових сталних места у решетки проводника. Слободни електрони су стога носиоци наелектрисања у чврстим проводницима. Ако се замисли раван која пресеца проводник на пола, укупан број слободних наелектрисања (електрона) који пролазе са једне стране на другу једнак је броју који пролази у супротном смеру.

Када се крајеви чврстог проводника споје са крајевима извора напона, на пример једносмерне струје као што је батерија, тај извор успоставља електрично поље кроз проводник. У тренутку спајања контаката, слободни електрони у проводнику ће почети да се крећу ка позитивном крају извора под утицајем поља. За сваки ампер струје, 1 кулон наелектрисања (који се састоји од око 6.242 × 10Шаблон:Sup електрона) креће се сваке секунде кроз замишљену раван која дели проводник на пола.

Струја I у амперима се може израчунати из следеће једначине:

$I = {Q \over t}$

где је

$Q \!\$ наелектрисање у кулонима

$t \!\$ је време у секундама

Следи да је:

$Q=It \!\$ и $t = {Q \over I}$

[уреди] Просечна брзина наелектрисања

Покретна наелектрисања унутар проводника стално се крећу у случајним правцима. Електрони су носиоци наелектрисања у металима. Непрестано се сударају са непокретним атомима и мењају свој смер и правац кретања. Ако се у обзир узме брзина кретања електрона у облику вектора, просечна брзина свих електрона заједно у проводнику је једнака нули. Зато што се крећу у свим правцима и смеровима, који се међусобно поништавају. Иако се у сваком проводнику електрони непрестано крећу, не може се увек говорити о постојању електричне струје. Када се проводник нађе у електричном пољу, електрони у њему почињу да се крећу усмерено под утицајем поља. И даље се крећу неправилно, сударају се са атомима и мењају свој смер и правац кретања, али просечна брзина је сада различита од нуле, и крећу се у правцу електричног поља. Ова просечна брзина се у литератури још назива и „брзина дрифта“. Брзина којом се крећу може се израчунати из израза:

$I=nSvQ \!\$

где је:

$I \!\$ електрична струја

$n \!\$ број носиоца наелектрисања по јединици запремине

$S \!\$ поврчина попречног пресека проводника

$v \!\$ просечна брзина наелектрисања

$Q \!\$ количина наелектрисања једног носиоца.

Брзина електричне струје у чврстом проводнику је обично веома мала. На пример у бакарној жици, попречног пресека 0.5 mm², са струјом од 5 A, просечна брзина електрона је реда милиметра у секунди. Насупрот томе, на пример, у катодној цеви, електрони се крећу у приближно правој линији са брзином од десетог дела брзине светлости.

Иначе, зна се да је сигнал електричне струје талас, који пропагира дуж проводника великом брзином. Као што је то са таласима, брзина таласа у некој материји има мало везе са брзином те материје, док се креће кроз њу. На пример, у преносним мрежама наизменичне струје, талас струје се креће веома брзо од извора до удаљеног потрошача, док се наелектрисања у проводнику само померају напред-назад у малим растојањима. Брзина наелектрисања може бити веома мала. А опет, било које наелектрисање у струји се може кретати брзином светлости, мада у неким материјалима може бити спорије.

[уреди] Омов закон

Омов закон предвиђа да струја у идеалном отпорнику (или другом резистивном елементу) буде једнака количнику напона на елементу и отпорности.:

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

где је

I струја, мерена у амперима

V напон, мерен у волтима

R је електрични отпор у омима.

[уреди] Конвенционални смер струје

Конвенционални смер струје је дефинисан још на почетку развоја електротехнике као једнак току позитивног наелектрисања. Односно, усвојено је да струја увек тече од позитивног краја извора напона, ка негативном крају. У чврстим металима, као што су жице, позитивна наелектрисања су непокретна, а само негативна наелектрисања теку у смеру супротном конвенционалној струји. Мада то није случај у неким не-металним проводницима. Електрична струја у електролитима је ток наелектрисаних атома (јона), који могу бити и позитивно и негативно наелектрисани. На пример, електрохемијска ћелија може бити направљена уз помоћ слане воде (раствор натријум хлорида) са једне стране мембране, свеже воде са друге. Мембрана дозвољава пролаз позитивним јонима натријума, али не и негативним јонима хлорида, тако да постоји електрична струја кроз мембрану. Електрична струја у плазми је ток електрона као и позитивних и негативних јона. У леду, и неким чврстим електролитима, ток протона ствара електричну струју. Пошто је очигледно да у различитим материјалима, струју чине различити носиоци неалектрисања, па чак и у неким материјалима постоји неколико различитих носилаца наелектрисања, који могу тећи у различитим смеровима. Да би се поједноставила ова ситуација задржана је оригинална дефиниција конвенционалног смера струје.

Постоје и примери где су електрони ти који се покрећу, али има више смисла да се та струја посматра као ток позитивних „шупљина“ (атоми који морају да имају још један лектрон да би проводник био неутрално наелектрисан). Ово је случај код p-типа полупроводника.

[уреди] Референтан смер

Приликом анализе електричних кола, могуће је да прави смер струје у неком елементу кола није познат. Стога, за струје са непознатим смером, усваја се, произвоњно, референтан смер. Након што се нађу стварне вредности струја у колу, поједине струје могу имати и негативне интензитете. Дакле, за негативно добијене струје, њихов прави смер је супротан од референтног који је усвојен пре решавања кола.

[уреди] Електромагнетизам

Свака електрична струја ствара магнетно поље. Магнетно поље се може представити затвореним кружним линијама који окружују проводника.

Електрична струја се непосредно може мерити галванометром, али та метода захтева претходно прекидање кола, што је непрактично у неким случајевима. Електрична струја се понекада може измерити и без прекидања кола, детектовањем и мерењем магнетног поља око проводника. Неки од таквих уређаја су сензори Халовог ефекта, струјни трансформатори и калеми Роговског.

[уреди] Да ли струја „тече“?

Не, струја не „тече“. Већ наелектрисања од којих је електрична струја састављена „теку“. Иако се у литератури често среће термин како „кроз елемент кола тече струја интензитета...“ то није исправна терминологија. Исправније је изразити се: „струја кроз елемент кола' је интензитета...“. Покушајте, једноставно је!

[уреди] Види још

[уреди] Спољашње везе

Интерактивна конверзија јединица - конверзија једне јединице у друге јединице струје
У ком смеру наелектрисање заиста тече?
Све о електричним колима - користан сајт за упознавање са електрицитетом и електроником.

Добављено из "http://sr.wikipedia.org../../../%D0%B5/%D0%BB/%D0%B5/%D0%95%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B0_%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D1%98%D0%B0.html"

Категорије страница: Физика · Електротехника

We provide Linux to the World