Električna struja — kako se svetlo upali odmah, a elektroni puze?

🎬 Video

📖 Pojmovi

Puž i talas

Žica je od početka puna slobodnih elektrona. Kad se prekidač uključi, električno polje se za tren raširi celom žicom i pokrene elektrone svuda odjednom — i one u lusteru. Zato se svetlo pali odmah, iako se svaki elektron kroz žicu pomera manje od milimetra u sekundi, sporije od puža. Slično je sa crevom punim vode: kad otvoriš slavinu, voda poteče na drugom kraju odmah, a ne tek kad stigne ona sa slavine.

Ko nosi struju

U žici struju nose slobodni elektroni; atomi metala sa svojim čvrsto vezanim elektronima ostaju na mestu. U slanoj vodi nema slobodnih elektrona, ali ima jona natrijuma (+) i hlora (−) koji plivaju kroz tečnost. U gasu, kad se molekulima otkinu elektroni, nastanu pozitivni joni i slobodni elektroni, a ponekad neki atom „uhvati“ slobodan elektron, pa nastane i negativan jon. Tečnosti i gasovi zato provode samo kad u njima ima jona.

Usmereno kretanje

Elektroni u žici se i bez baterije stalno kreću, ali nasumično, pa se u proseku nikuda ne pomeraju. Kad postoji polje, celo „jato“ se uz to polako pomera u jednom smeru. Električna struja je baš to usmereno kretanje naelektrisanja. Za nju su potrebne dve stvari: nosioci koji mogu da se kreću i napon koji stvara polje.

Ko daje napon

Napon između krajeva žice održava izvor struje, na primer baterija ili utičnica. Baterija ima dva pola: pozitivan (+), na višem potencijalu, i negativan (−), na nižem. Kad žica nije spojena sa izvorom, nosioci su tu, ali polja nema — i struje nema.

U kom smeru teče struja

Pre nego što se znalo za elektrone, dogovoreno je da struja kroz žice i uređaje teče od pozitivnog ka negativnom polu izvora — u smeru u kom bi se kretala pozitivna naelektrisanja, tj. u smeru polja. Dogovor važi i danas. U žici se elektroni zato kreću suprotno od dogovorenog smera: od − ka +. U slanoj vodi pozitivni joni idu u smeru struje, ka negativnoj elektrodi (katodi), a negativni joni suprotno, ka pozitivnoj (anodi). U gasu pozitivni joni idu u smeru polja, a elektroni i negativni joni suprotno.

Koliko struje teče

Zamisli presek žice kao kapiju i broji koliko naelektrisanja prođe kroz nju za jednu sekundu. Ta veličina se zove električna struja i obeležava se slovom $I$: $I = \dfrac{q}{t}$, gde je $q$ naelektrisanje koje prođe kroz presek za vreme $t$. Jedinica je amper (A): $1\ \mathrm{A} = 1\ \mathrm{C/s}$. Amper je osnovna jedinica Međunarodnog sistema i nosi ime francuskog fizičara Andre-Marija Ampera. (U starijim knjigama ova veličina se zove „jačina struje“.)

Male i velike struje

Kroz LED diodu teče oko 20 mA (miliampera), kroz ručni sat na bateriju nekoliko μA (mikroampera), kroz grejalicu nekoliko ampera, a kroz munju i desetine kA (kiloampera). Važi: $1\ \mathrm{mA} = 0{,}001\ \mathrm{A}$, $1\ \mu\mathrm{A} = 0{,}000001\ \mathrm{A}$, $1\ \mathrm{kA} = 1000\ \mathrm{A}$.

🧮 Formule

❓ Pitanja

✏️ Rešeni zadaci

📝 Test

Kod računskih zadataka reši u svesci i upiši rezultat (decimalni broj sa zarezom, npr. 2,5), a kod ostalih izaberi tačan odgovor.