L217 - Fizika - Električna struja - Nikola Mitrović - Staniša Stojanović
- 2. Sadrzaj 1. Definicija 2. Prosečna brzina naelektrisanja 3. Konvencionalni smer struje 4. Omov zakon
- 3. Definicija • Intenzitet električne struje se definiše kao količnik protekle količine naelektrisanja u jedinici vremena, odnosno matematički formalizovano kao izvod po vremenu naelektrisanja • Strožije, struja se posmatra kao veličina zavisna od vremena, jer tokom vremena može proticati promenljiva količina naelektrisanja • što se tumači da je količina naelektrisanja zatečena u jednom trenutku jednaka zbiru svih dotoka struje do tog trenutka. • Količina naelektrisanja Q koja protekne u jedinici vremena t je I, što potiče od francuske reči za struju intensité.
- 4. Prosečna brzina naelektrisanja • Pokretna naelektrisanja unutar provodnika stalno se kreću u slučajnim pravcima. Elektroni su nosioci naelektrisanja u metalima. Neprestano se sudaraju sa nepokretnim atomima i menjaju svoj smer i pravac kretanja. Ako se u obzir uzme brzina kretanja elektrona u obliku vektora, prosečna brzina svih elektrona zajedno u provodniku je jednaka nuli. Ovo je zato što se kreću u svim pravcima i smerovima, koji se međusobno poništavaju. Iako se u svakom provodniku elektroni neprestano kreću, ne može se uvek govoriti o postojanju električne struje. Kada se provodnik nađe u električnom polju, elektroni u njemu počinju da se kreću usmereno pod uticajem polja. I dalje se kreću nepravilno, sudaraju se sa atomima i menjaju svoj smer i pravac kretanja, ali prosečna brzina je sada različita od nule, i kreću se u pravcu električnog polja. Ova prosečna brzina se u literaturi još naziva i „brzina drifta“. Brzina kojom se kreću može se izračunati iz izraza: I=nSvQ • Gde je: • I - električna struja • N - broj nosioca naelektrisanja pojedinici zapremine • S - povrčina poprečnog preseka provodnika • V - prosečna brzina naelektrisanja • Q - količina naelektrisanja jednog nosioca. • Brzina električne struje u čvrstom provodniku je obično veoma mala. Na primer u bakarnoj žici, poprečnog preseka 0.5 mm², sa strujom od 5 A, prosečna brzina elektrona je reda milimetra u sekundi. Nasuprot tome, na primer, u katodnoj cevi, elektroni se kreću u približno pravoj liniji sa brzinom od desetog dela brzine svetlosti. • Inače, zna se da je signal električne struje talas, koji propagira duž provodnika velikom brzinom. Kao što je to sa talasima, brzina talasa u nekoj materiji ima malo veze sa brzinom te materije, dok se kreće kroz nju. Na primer, u prenosnim mrežama naizmenične struje, talas struje se kreće veoma brzo od izvora do udaljenog potrošača, dok se naelektrisanja u provodniku samo pomeraju napred-nazad u malim rastojanjima. Brzina naelektrisanja može biti veoma mala. A opet, bilo koje naelektrisanje u struji se može kretati brzinom svetlosti, mada u nekim materijalima može biti sporije.
- 5. • Prosečna brzina naelektrisanja Konvencionalni smer struje je definisan još na početku razvoja elektrotehnikekao jednak toku pozitivnog naelektrisanja. Odnosno, usvojeno je da struja uvek teče od pozitivnog pola izvora napona, ka negativnom polu. U čvrstim metalima, kao što su žice, pozitivna naelektrisanja su nepokretna, a samo negativna naelektrisanja teku u smeru suprotnom konvencionalnoj struji, mada to nije slučaj u nekim ne-metalnim provodnicima. Električna struja uelektrolitimaje tok naelektrisanih atoma (jona), koji mogu biti i pozitivno i negativno naelektrisani. Takav je slučaj prolaska struje kroz vodeni rastvor kuhinjske soliili vode za piće koja prirodno sadrži u sebi rastvore različitih minerala, dok čista ilidestilovana vodane provodi struju jer ne sadrži u sebi jone. Takođe, zanimljiv je i primer,elektrohemijske ćelije koja može biti napravljena uz pomoć slane vode (rastvor natrijum hlorida) sa jedne strane membrane i sveže vode sa druge. Membrana dozvoljava prolaz pozitivnim jonima natrijuma, ali ne i negativnim jonima hlorida, tako da postoji električna struja kroz membranu. Električna struja uplazmije tok elektrona kao i pozitivnih i negativnih jona. Uledu, i nekim čvrstim elektrolitima, tokprotona stvara električnu struju. Očigledno je da u različitim materijalima, struju čine različiti nosioci nealektrisanja, pa čak i u nekim materijalima postoji nekoliko različitih nosilaca naelektrisanja, koji mogu teći u različitim smerovima. Da bi se pojednostavila ova situacija zadržana je originalna definicija konvencionalnog smera struje. • Postoje i primeri gde su elektroni ti koji se pokreću, ali ima više smisla da se ta struja posmatra kao tok pozitivnih „elektronskih šupljina“ (nedostatak jednog elektrona u omotaču da bi atom bio neutralno naelektrisan). Ovo je slučaj kodpoluprovodnikaP-tipa.
- 6. Omov zakon • Omov zakon predviđa da električna struja u idealnom otporniku ili nekom drugom rezistivnom (otpornom) elementu bude jednaka količnikuelektričnog napona na elementu i električnog otpora: I=U/R • gde je: – I električna struja, merena u amperima – U električni napon, meren u voltima – R je električni otpor u omima.
- 7. Aleksinacka gimnazija Momcilo Mitrovic I/4