DRVO ZNANJA 9

E I e kt ri C i tet i masnet izamElektricitet, koji se pojaaljiuao u

obliku munja i gromoaa, nekadaje izaziuao silan strah. U medu-

aremena smo, medutim, nauiilinjime ouladati i iskoristiti ga. za

alastito dobro, A magnetizam,

koji je nekod bio tek zabauna

atrakcija, bitan je za funkcioni-ranj e najsnainijib generatora

koji nam proizude struju.

eki se di jelovi odjeie, kad ih svudemopreko glave, jako naelektr iziraju. Po-nekad je taj naboj tako velik da iujemo

puckctanje (izbijanje) iskri, a ako je u sobi mrak.moicmo ih tak i vidjeti. Te su iskre (krijesnice )zapravo si6uine munje a i nastaju poput nj ih

naglim izbi janjem elektr i inog naboja. Kad

) Grom udara kad golemi elektritninaboj probije izolator - u ovom slutajuzrak. Tada zagrijani zrak postaje vodliiv,pa s visoko nabijenog oblakaodvodi struiu u tlo.

*:E.:

j t

.!

5

E

A Moderni lunapark troli punostruje za rasvietu i pogon vozila,Pokrctni lunaparkovi obitno tustruju proizvode vlastitimprenosivim agregatima,

zagrn.ri, izbijanje elektriciteta iz nabijenih oblakaoslobada silnu energiju u oblikr.r svjetla i topline.Svjet lo opaiamo kao bl jesak, a ropl ina izazivanaglo, eksplozivno Sirenje okolnoga zraka, kojeonJ ; r i t r j cmo kao grml j .n inu .

t & t : ' 3 . t ! a -

) Wimshurstov influ-encijski stroj, jedanod najstarijih genera-tora, proizvodio jectatiaki elektricitettrenjem iznredu nepo-kretnog me{alnogdiska i staklenogdiska s nalijepljenimmetalnim listitima.

Svi predmeti oko nas sadr2avaju bezbrojncmilijarde elektriinih naboja. Ti se naboji sastojcod atomskih destica iz kojili su izgradeni ma-tcri jal i . U sredi5tu, i l i jezgri svih atoma - osimvodikova nalazimo clvi je vrste iest ica: pro-tone i neutrone. Neutroni nemaju elektriini na-boj, ali protoni imaju naboj koji zovemo pozi-tivnim. Oko jezgre se vrtc iestice koje zovemoelektronima, i oni su nabijeni negativno.dton-ru normalnim okolnostima ima isti brcj protonai elektrona, pa se njihovi - po iznosu jednaki, a

O ELEKTRICITET I MAGNETIZAM

po predznaku suprotni - naboji medusobnoponiStavaju. Posljedica je toga da u tom mate-rijalu ne moZemo izmjeriti nikakav naboj, pavelimo da je on neutralan ili nenabijen. Ako,medutim, tu ravnoteiu poremetimo, onda iepredmet u cjelini biti nabijen pozitivno ili ne-gativno, ovisno o tome postoji Ii u njemu viSakelektrona ili protona.

Trenjem do elektricitetaRazliditi se materijali ponekad elektritno na-biju ako ih taremo jedan o drugi, i to zato 5topritom doiazi do prelaska elektrona. Ako se,primjerice, ieSljamo plastiinim ieiljem, ondase elektroni prenose s kose na telalj. Zlng togase deialj nabije negativno. Kosa, s druge strane,postaje pozitivno nabijena, zato 5to je sad unjoj viSe protona nego elektrona. Nabijeni pred-meti privlaie nenabijene, pa zbog toga deiljemmoZemo podi6i komadiie papira.

Privlaienje i odbijanjeNabijeni se predmeti ili privlaie ili odbijaju.Ako su im naboji suprotni, medu njima vladaprivladna sila. Ako su im, medutim, istog pred-znaka, onda se odbiiaiu.

Za predmet koji smo naelektrizirali trenjemvelimo da ie nabiien statidkim elektricitetom.

{ lspitivanjevisokonaponskogizolatora. Naponse izmedu vrhaizolatora i tlaneprcstano po-ve€ava sve dok neprobije zrak okoizolatora, pri iemuse sfuara golemaizbojna iskra.

IIi*FII

Ag

oko 1790. godine rijeSio talijanski znanswenikAlessandro Volta kad je izumio galvanski ilanakili bateriju.

Galvanski f lanci istrujni krugovi

Galvanski dlanak pretvara kemijsku energijuu elektridnu. ilanci se iesto povezuju da bi sena njihovim izvodima dobio veii napon ili jaia

struja. Thl*e skupine ilanaka zovemo baterijama,iako se tako ponekad nazivaju. i pojedini dlanci.

A V Metali su dobri vodiii struje zato 3tose njihovi elektroni slobodno gibaju. Kadmetal nije prikljuten ni na kakav napon,njegovi elektroni se slutajno (kaotitno) gi-baju (gore). Ako ga, medutim, prikljuCimona napon (dolie), pozitivno €e nabijeni krajprMatiti negativno nabijene elektrone. Toprotjecanje zovemo elektritnom strujom.

I

I

;tJ'A Kondenzatorispremaju elektritninaboj na metalnimploticama.Zakretnikondenzator(desno gore)upotrebljava se uradioprijemnicima.

To 1e zato 5to taj naboj u njemu moie ostati,barem teoretski, neograniieno dugo. Predmetie ostati naelektriziran sve dok se broj nega-t ivnih i pozit ivnih iest ica u njemu ponovno neizjednadi. To postiZemo dovodenjem ili odvode-njem nabijenih destica. Ako je predmet, recimo,naelektriziran zaro 5to ima viSak elekrrona, kadse ti elektroni odvedu, predmet ie ponovnopostati neutralan. Ako je predmet, medutim,nabijen pozitivno, moZemo ga ponovno uiinitineutralnim tako da mu dovedemo elektrone.Svako takvo gibanje naboja zovemo elektrid-nom strujom.

Vodif iMaterijale, kroz koje moZe protjecati elektriinastruja zovemo voditima. Kovine i grafit (naj-ie56i oblik ugljika) dobri su vodiii eiektriciteta.Medu tvari koje u pravilu ne provode struju ub-rcjamo jantar, ulje, vosak, staklo, papir i plasti-ku. Thkve tvari zovemo izolatorima.

Pretpostavimo, primjerice, da imamo dvijemetalne kugle, od kojih je jedna nabijena pozi-tivnim, a druga negativnim nabojem, ali istevelitine. Ako se medu njima uspostavi vodljivaveza, onda 6e elektroni s negativno nabijene kug-le poteii na pozitivno nabijenu kuglu sve dok sena obje kugle broj negativnih ne iziednadi s

brojem pozitivnih naboja. To moZemo postiiipostavljanjem vodiia, primjerice komada Zi-ce , i zmedu te dv i je kug le .

U 18 . s ro l je iu mnog i su znansrven ic i p rav i -li pokuse s elektricitecom. Pritom su se sluZilistrojevima koji su trli jednu stvar o drugu i takoswarali jak elektriini naboj. Thj bi se naboj, me-dutim, smjesta izgubio dim bi se suprotni polovipovezali voditem. Za mnoge je pokuse mno-go korisniji bio uredaj koji bi kroz duZe vrijememogao proizvoditi stalnu struju. Thj je problem

, ;

lis

DRVO ZNANJA ',

{ ilagnetskopolje je@ruIieu koiem opalamoutinke magnetrkihila. To se poljemote prcdotiti sil-nicama koie spaia-ju njegove polove.Postavimo li sup-rotne polove dva-iu magneta jedansulelice drugom,4ragneti te se pri-Ylatiti. Ako to istouiiircsirtpipnim pobuina mry-neti €e se odbijati.

Strujni se krug sastoji od izvora struje, prim-jerice baterije, i vodljivoga puta kojim strujateie s jednoga pola baterije na drugi. Elektriinaje struja tok elektrona i mogli bismo je uspo-rediti sa strujanjem vode kroz cijevi. Kao 5tovodu, da bi potekla kroz cijev, morzrmo na jed-

nom kraju tlatiti, tako morzuno tlaiiti i elek-trone da bi potekli kroz Zicu. Th elektromo-torna sila, koju proizvodi primjerice baterlja,'maiava

se u voltima, a jakost (protok) struje ko-japrolazi kroz iicu

'mailase u amperima. Pro-

tok vode izazvan nekim tlakom ovisi i o samojcijevi. Thko ie se uska i dugaika cijev viSe opiratiprotjecanju vode od kratke i Siroke cijevi. Isto je

i sa strujom: otpor 6e u dugoj i tankoj Zici bitivedi nego u kratkoj i debeloj, izradenoj od istogmateriiala.

OtporElektriini se otpor izralava jedinicom koja sezove ohm. Bakar ima srazmjerno nizak otpori stoga je dobar vodid elektriciteta, pa se Siro-ko primjenjuje za izradu kablova. Jo5 je boljivodid srebro, ali je ono preskupo za masovnuupotrebu. U strujnim krugovima nalazimo i kom-

ponente koje imaju velik elektriini orpor. Takvekomponente, zvane otpomici, ograniiavaju protje-canje struje lroz pojedine grane strujnih krugova.

Ohmov zakonGodine 1827. njemaiki je znanswenik GeorgOhm postavio zakon koji povezuje napon (V),struiu (I) i otpor (R). Ohmov se zakon moLe iz-raziti na viSe natina: V:I& I:V/R ili R:VA.

Pritom V u pravilu'uraiavamo u voltima, I uamperima i R u ohmima. Ako, primjerice, ba-teriju od 12 voka spojimo s otpornikom od 6ohma, onda ie kroz taj strujni krug protjecatistruja od I:VlR: 1216:2 ampera.

MagnetizamGriki filozof Tales iz Mileta prvi je, koliko namje poznato, prudavao neobiino prMaienje izme-duleljezaiieljezne rude magnetita. To se dogo-dilo negdje oko 600. pr. Kr., ali su proile sto-tine godina dok je ta pojava naila svoju prvupraktiinu primjenu u magnetskom kompasu.Ve6 su vjerojatno i Kinezi oko 200. godine po-znavali primitivni kompas, ali se on u Europipojavio tek negdje oko 1200. godine.

Pojava da se prirodni magnet, Leljezna rwdamagnetit, kad je slobodno ovjeien uviiek po-stavlja u isti smjer, stolieiima je ostala zagonet-nom. Mi danas znamo da su i ieljezo i drugi

) fanjurastistaHeni izolatorina oYom tl0Gkilo-Yoltnom daleko-vodu razdvaiaiuvodove od nosivihstupova. OvieleneIice povezujuglavne granedalekovoda.

{ lleki od velikogmnottna radititihotpomika kalsi seupotrebljavaiu uelektrcnitkimkrugovima. (Xporje na nekimaoznaten oboienimprtenovima,pos{avljenim uskladu s toanoodredenim pravili-ma. Dlra su od niihza velike snage,pa imaju stezaljkeda se mogu pdtvr-stiti vijcima zametalno postolje.To postolje odvoditoplinu, da otpor-nici ne bi pregor-jefi zbog pl€ve-likog zagrijavanja.

magnetski materijali sazdani od sicuinih mag-netiziranih podrudja koja zovemo domenama.One su u normalnim okolnostima magneti-zirane u razlititim smjerovima, pa materijal ucjelini ne pokazuje magnetska svojstva. Akose, medutim, domene orijentiraju tako da su sveokrenute u istom smjeru, tijelo 6e biti magne-tizirano i podeti privlaiiti komade ieljezr.

Dva polaSvi ti magneti imaju neSto zajedniiko. Njihovje magnetizam prividno koncentriran u dvapodruija koja zovemo sjevernim i juZnim mag-netskim polom, ved prema tome okreiu Ii seprema sjevernom ili juinom Zemljinom polu.To se dogada zato 5to je i sama Zemlia iedangolemi magnet. To je bit magnetskog kom-pasa. Oba magnetska pola privlaie nemagne-tizirano Leljezo. Ako, medutim, pribliiimo dvamagneta, sjeverni ie se pol jednoga privlaiiti s

26

a9

E

n,un-+

u

I2 ELEI(TRICITET I MAGNETIZAM

Magnetsko

A Zefieana piljevina pokazuje magnetrkerilnice u trodliirci zawfnici i oko nie(gorc). U elolrtromagnetima kakvi seprimlaniuiu u praksi (goro) zayoinlca ienamotena oko trelieale ieryre loko bi sepovctele jakost magnetskog polia.

juinim polom drugoga. Dakle, suprotni se po-lovi privlade. Dosljedno tome, sjeverni de se po-lovi medusobno odbijati, bai kao i juini. Mo)e-mo, dakle, redi i da se isti polovi odbijaju. Zbogtoga moida zvuii dudno da se sieverni pol mag-neta okre(e prema sjevernom polu Zemlie. Toje, medutim, zatoiro jeZnmljin magnetski pol,smjelten u blizini njezina sjevernog zemljopis-nog pola, zaptayo njen juini magnetski pol.

Elektricitet i magnetizam blisko su pove-zani, ali se to nije znalo sve do 18lp. Te je, naime,godine danski profesor fizike Hans Christian

Orsted svojim studentima pokazivao neke elek-tridne pokuse.

Orstedovo otkri€e@rsted je izvode bateriie spojio iicom. Na-mjera mu je bila pokazati da de se ona zagri-lati kad kroz nju propustimo jaku elektritnustruiu. Thda se, medudm, dogodilo nelto sas-vim neotekivano. Kad je spojio iicu s baterijom,igla se obliiojeg kompasa otklonila i viSe nijepokazivala prema sjweru. @nted je shvatio dastruja koja prolazikroz Zicu swara magnetskopolje i da ono djeluje na kompas. Thko je ot-krio jednu od najvainijih pojava u znanosti -elektromagnetizam.

go djelowomiii u proizvodnji kontrolirane i kori-sne elektriine snage.

@rsted je pokazao da elektricitet moZe pro-izvesti magnetsko polje, no Faraday ie pomi-slio da bi se moida i magnetsko polje mogloiskoristiti za proizvodnju struje. On je to prviput demonstrirao godine 1831. kad je proiz-veo napon pomicanjem Stapidastog magnetau svitku iice. On je, osim toga, pokazao i da ierezultat isti bez obzba na to pomiiemo li mag-net ili svitak. To je vaino otkride na5lo svojuprimienu u modernim generatorima: od dina-ma na biciklu pa sve do velikih elektridnih ge-neratora koji proizvode struju za naie domove,trgovine, urede i wornice.

{ Pomitemo limagngt latozzarcinicu, u nlois€ stnara (inducira)napon. Aro suniezini ltraiwivodlilvo rpoieni,krcu lrug Ca pob€istruia. U ovom suprimieru kraiwizarcinice spoicnii wltrnstrom.t0oz nicgnprotiote stnria izaknte iglu, paona polozuje kolikije napon na stczalj-kama instrumsrrta.

€

c

ElektromagnetizamMagnetsko polje 5to ga proizvodi protjecanjestruje kroz Zicu razmjerno je slabo. Znanswe-nici su, medutim, ubrzo pronaSli nadin kako dapojadaju taj efekt. Mnogo se jate polje moiedobiti ako se iica namota u zavojnicu, a jo5 jaie

ako se u taloru zavojnicu stavi ieljezna iezgra.Thkvu napravu zovemo elekuomagnetom.

Elektromotori i generatoriKad iicu slobodno postavlienu kraj perma-nentnog magneta poveiemo s baterijom, onaie se zbog sworene elektromagnetske sile po-maknuti u novi poloiaj. Godine 1821. engleskije znanswenik Michael Faraday napravio ied-nostavan stroi u kojem se vodljiva iica (vodit)okretala oko permanentnog magneta. Iako jetaj sroj bio krajnje nedjeloworan i neupotrebljivza ikakav koristan rad, on je ipak dokazao valja-nost naiela na temelju koieg rade wi danainiielektromotori - elektriina se struja, kad tedevodidima koji se nalaze u magnetskom polju,moie upotrijebiti za stalno pokretanfe. U dana5-njim elektromotorima ne nalazimo pojedinaineiice, nego snaine elektromagnete, i oni su mno-

< >Uidracl Fanday (liso) napravio jevclika otki€e o odnoru Cektricitsta i mag-nelbna. U aicgpyu'unipolannnr' gl|Era-toru (d6no) lancdu eohri otcttrcmaftaseoffioldnctavan batnd dd(i pdbrrro- izno&r covirc i obod. - hduCilao nr-pon, jerje to zapravo vodi! koii se giba umagnetslom polju.

KAKO RADI DINAMOZavoinica

Magnetkoji se giba

Struja koja seinducira u krugu

Napon stvoren uzavoinici moie seizmjeriti voltmetrom