Što je električna struja?

Kad izgovaramo frazu "električna struja", obično se misli na najrazličitije manifestacije električne energije. Struja teče kroz žice visokonaponskih dalekovoda, struja rotira starter i puni bateriju u našem automobilu, munja tijekom grmljavine također je električna struja.

Elektroliza, električno zavarivanje, iskre statičkog elektriciteta na češlju, struja teče u spiralu žarulje sa žarnom niti, pa čak i u malenoj džepnoj svjetiljci sićušna struja teče kroz LED. Nepotrebno je reći da je naše srce, koje također stvara malu električnu struju, posebno vidljivo tijekom prolaska EKG postupka.

U fizici je uobičajeno nazivati ​​električnom strujom naređeno kretanje nabijenih čestica i, u načelu, bilo kojeg nosača naboja, Elektroni koji se kreću oko atomskog jezgra također su struja. I napunjeni štapić od ebonita, ako ga držite u ruci i pomaknete ga s jedne na drugu stranu, također će postati izvor struje: postoji naboj koji nije jednak nuli i kreće se.

Fizičke analogije između protoka vode u vodovodnom sustavu i električne struje: Ožičenje i cjevovodi

DC struja:

Struja teče žicama kućanskih uređaja koje napaja zidna utičnica - elektroni se kreću naprijed i nazad 50 puta u sekundi - to se naziva izmjenična struja.

Signali visoke frekvencije unutar elektroničkih uređaja također su električna struja elektrona i rupa (nosači pozitivnog naboja) kreću se unutar kruga.

Svaka električna struja potiče njegovo postojanje magnetsko polje, Oko vodiča sa strujom nužno je prisutan. Nema magnetskog polja bez struje i nema struje bez magnetskog polja.

Čak i ako oko struje nema magnetskog polja, to samo znači da se magnetska polja dvije struje u trenutku promatranja međusobno kompenziraju, kao u dvožičnoj žici bilo kojeg električnog kotlića - izmjenične struje su usmjerene u suprotnim smjerovima u svakom trenutku i teku paralelno jedna s drugom - njihova magnetska polja su prijatelja neutralizirati. To se naziva principom superpozicije magnetskog polja.

U praksi postojanje električne struje zahtijeva prisustvo električnog polja, potencijala ili vrtložnosti. Izuzetno rijetko naboji kreću se na čisto mehanički način (poput u generatoru van de graaff - elektrificirana gumena traka).

Van De Graaff generator:

U električnom polju nabijena čestica doživljava djelovanje električne sile, koja se naziva izvor struje EMF - elektromotorna sila, EMF se mjeri u voltima kao što je napon između dvije točke električnog kruga. Što je napon veći na potrošača, to veći napon može izazvati električna struja.

Naizmjenični napon stvara izmjeničnu struju u vodiču na koji je primijenjen, budući da će se električno polje primijenjeno na nosače naboja također mijenjati u ovom slučaju. Konstantni napon - uvjet postojanja stalne struje u vodiču.

Visokofrekventni napon (koji mijenja smjer stotine tisuća puta u sekundi) također pridonosi izmjeničnoj struji u vodičima, ali što je veća frekvencija, manje nosači naboja sudjeluju u stvaranju struje u debljini vodiča, budući da se električno polje koje djeluje na nabijene čestice pomiče bliže površini, a ispada. da struja ne teče u vodiču, već duž njegove površine. To se naziva efekt kože.

Električna struja može postojati u vakuumu, u vodičima, elektrolitima, poluvodičima, pa čak i u dielektricima (struja pristranosti).Istina, dielektričari s istosmjernom strujom ne mogu postojati, jer se naboji u njima ne mogu slobodno kretati, već se mogu kretati unutar intramolekularne udaljenosti od svog izvornog položaja pod djelovanjem primijenjenog električnog polja.

Stvarna električna struja uvijek podrazumijeva mogućnost slobodnog kretanja električnih naboja pod utjecajem električnog polja.

Koncept "električne struje" uveo je talijanski fizičar Alessandro Volta. Električna struja, ili, prema svojoj verziji, "električna tekućina" tekla je u zatvorenom krugu koji je spajao ekstremne krugove voltaičnog stupa s metalnim vodičem.

Votltov stup (1800.) bio je prva neelektrostatska vrsta električne energije (izvor konstantne struje), koja se sastojala od naizmjeničnih bakrenih i cinkovih krugova razdvojenih platnenim oblogama namočenim zakiseljenom vodom ili kiselinom.

Postojanje konstantno visokog potencijala na poljima volta bilo je posve novo fenomen za to vrijeme. Bio je prvi kemijski izvor električne energije, čiji je potencijal bio stalan u vremenu i nije zahtijevao nikakve metode elektrifikacije za njegovo obnavljanje.

Voltajski stup, sastavljen od velikog broja krugova, imao je na krajevima prilično visok potencijal, koji se mogao otkriti ne samo mjernim instrumentima (posebice pomoću elektroskopa), već i dodirom ekstremnih krugova rukama. Istodobno se osjećao snažni strujni udar kao iz limenke Leyden.

Otkriće Volte vrlo se brzo proširilo u fizici, postalo je predmet daljnjih istraživanja. Godine 1800. fizičari su pomoću voltaičnog stupca otkrili elektrokemijski učinak struje, a posebno raspadanja pod djelovanjem struje vode u kisik i vodik. pokusi s galvanskim ćelijama omogućeno je da, pored kemijskih, otkriju i druga nova svojstva struje, uključujući njene toplinske i magnetske učinke.

Francuski fizičar A. M. Ampère posvetio je niz svojih radova proučavanju odnosa između električne struje i magnetizma. Otkrio je da dva vodiča sa trenutnim iskustvom imaju međusobni utjecaj - privlačenje ili odbijanje, ovisno o smjeru struje u njima. Svojim je radovima postavio temelje elektrodinamike.

Predložio je izraz "električna struja" i uveo koncept njegovog smjera, koji se podudara s kretanjem pozitivne električne energije. U čast A. M. Ampere imenovana je jedinica za mjerenje električne struje. Ampere je jedna od sedam osnovnih jedinica SI sustava.

Električna struja ima niz svojstava koja se mogu učinkovito koristiti u mnogim praktičnim slučajevima. Takva svojstva uključuju pretvaranje jednostavnim tehničkim sredstvima energije električne struje u energiju drugih vrsta (toplinsku, svjetlosnu, mehaničku, kemijsku) i mogućnost prijenosa na velike udaljenosti, brzinu širenja.

Zanimljive činjenice:

Gdje teče električna struja?

Zašto ispod dalekovoda

Koja je struja opasnija, izravna ili naizmjenična?

Što je dinamo stroj. Prvi DC generatori

Peltierov učinak: magični učinak električne struje