ELEKTRIČNA STRUJA I OTPOR

Električna struja• Električna struja je usmjereno gibanje naboja pod djelovanjem stalno prisutnog električnog polja– U vodičima (metalima) – slobodni elektroni– U elektrolitima i plinovima – elektroni i ioni– Stalno električno polje koje uzrokuje struju daje vanjski izvor (u kojem se neki oblik energije pretvara u električnu energiju) priključen na vodič– Za održavanje stalne struje u vodičima mora postojati zatvoreni strujni krug kojeg čine izvor, spojni vodiči i trošilo– Istosmjerna struja: mijenja svoj intenzitet ali ne i smjer u vremenu (uvijek isti smjer električnog polja)– Izmjenična struja: mijenja svoj smjer u vremenu (mijenja se smjer električnog polja)

Model vođenja električne struje• Na krajeve cilindričnog vodiča duljine l površine presjeka S doveden je napon UAB=A -B >0

• Smjer struje:– Fizikalni smjer struje: smjer gibanja slobodnih elektrona– Tehnički (konvencionalni) smjer struje suprotan smjeru gibanja slobodnih elektrona: od

višeg k nižem potencijalu• Protok naboja odnosno električna struja ista je u svim presjecima• Definicija: jakost električne struje je količina naboja koja u jednici vremena prođe kroz presjek

vodiča

• Broj nosilaca naboja u različitim presjecima vodiča opisujemo gustoćom struje J:

• Jakost električnog polja (homogeno) je:

Električni otpor

• Gustoća električne struje koju u različitim materijalima pokrene isto električno polje je različita

zovemo električna provodnost– Značajka materijala– Mjeri se u simensima/m: (1S=1A/1V)– Češće se koristi njezina recipročna vrijednost: r=1/k koju zovemo električna otpornost– Mjeri se u Wm (1W=1/S=1V/1A)– Često se otpornost iskazuje u Ωmm2/m. Podaci za otpornost nekih metala su:• srebro: 0,0165 *10-6 Ωm ; 0,0165 Ωmm2/m• bakar: 0,0169 *10-6 Ωm ; 0,0169 Ωmm2/m• zlato: 0,0227 *10-6 Ωm ; 0,00227 Ωmm2/m• aluminij: 0,0265 *10-6 Ωm ; 0,00265 Ωmm2/m• volfram: 0,055 *10-6 Ωm ; 0,055 Ωmm2/m

• Struja u vodiču je:

Veličina:

zove se električna vodljivost i mjeri u S(simensima).• Njezina recipročna vrijednost je električni otpor R i mjeri se u omima (Ω):

• Veza između struje i napona je:

– Struja ulazi u vodič otpora R na njegov kraj koji je na višem potencijalu a izlazi na kraju koji je na nižem potencijalu – pad napona na otporu– Struja kroz izvor teče od nižeg k višem potencijalu.

Nelinearni otpornik• Ako otpor otpornika ovisi o priključenom naponu takav je otpornik nelinearan• Za nelinearni otpornik definiramo statički i dinamički otpor.

Temperaturna ovisnost otpornosti• Otpornost metala povećava se s povećanjem temperature – polinomna ovisnost.

• Tu ovisnost lineariziramo za male promjene temperature:ρ(t)=ρ0(1+α(t-t0))

• Na isti način je ovisnost otpora o temperaturi:R=R0(1+α(t-t0))

gdje je a temperaturni koeficijent (1/oK) – za bakar α=0,00393 (1/oK)• Na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli vodiči prelaze u supravodljivo stanje.

Jouleov zakon• Pri prolasku struje kroz vodič elektroni se ubrzavaju i sudaraju s jezgrama i drugim elektronima gubeći pri tom kinetičku energiju• Ta kinetička energija pretvara se u toplinsku• Količina naboja koja u vremenu Δt prođe vodičem je:

• Naboj pri tome izgubi energiju:

• Snaga je:

• To je Jouleov zakon (1841)