— Objavljeno 02/11/2025 / Bug.hr.
Električne naboje u vodiču znamo prisiliti da se gibaju usmjereno i to onda zovemo strujom; kad spojimo kraj vodiča s njegovim početkom zatvorili smo krug, a dodavanjem izvora dobili smo strujni krug
Struja je usmjereno gibanje čestica. Ako su čestice molekule dušika i kisika struja je zračna. Ako su čestice molekule vode struja je vodena. Ako su čestice nabijene struja je električna. U astrofizičkom okruženju, recimo u prostoru oko neke zvijezde, struja je volumna. Na tankoj metalnoj ploči struja je plošna. A kroz tanku vodljivu žicu teče struja koju je linearna. Na nju mislimo kad kažemo samo struja. Kroz otvorenu petlju može teći struja, ali ne stalna struja nego promjenjiva ili privremena u istom smjeru ili trajna promjenjivog smjera. Ako želimo trajnu struju u istom smjeru petlju trebamo zatvoriti i dodati joj električni izvor, recimo bateriju.
Elektromotorna sila i električni otpor
Ono što baterija napravi u strujnom krugu je sljedeće: dvije točke strujnog kruga dovede na različite potencijale. Analogija toj situaciji je plitka posuda s vodom koju malo nagnemo na jednu stranu, od nizine napravimo brijeg. Voda koja je dotad bila mirna odjednom poteče s višeg prema nižem dijelu. Viši dio je doslovno na višem gravitacijskom potencijalu, a niži je na nižem. Što je veća razlika tih potencijala, to će voda jače poteći. I to uvijek s vrha prema dnu brijega. Isto se događa s elektronima u strujnom krugu, samo potencijal nije gravitacijski nego električni i brdo nije stvarno nego je apstraktno.
Razliku potencijala zovemo napon, a koristimo još i naziv elektromotorna sila. Unatoč sili u nazivu to nije doslovno sila, ne mjeri se u njutnima. Elektromotornu silu mjerimo u voltima, kao i električni potencijal, a njezin naziv dobro ilustrira što smo zapravo napravili električnim nabojima u vodiču: prisilili smo ih na usmjereno gibanje. Dakle, električni napon u strujnom krugu uzrokuje električnu struju. Nju definiramo kao električni naboj koji u jedinici vremena prođe presjekom vodiča. Mjerna jedinica je amper. Ona je jedna od sedam osnovnih jedinica Međunarodnog sustava jedinica.
No, isti napon neće u svakom vodiču izazvati istu struju. Jakost struje ovisi o tome kakav je vodič, koliko se on opire prolasku struje. To opiranje prolasku struje, koje nazivamo električni otpor i mjerimo u omima, ovisi o geometriji vodiča i o materijalu. S geometrijom je stvar jasna: zamislite da se morate provući kroz neku cijev. Taj će zadatak biti tim teži što je cijev dulja i što je uža. Tako je i električni otpor veći što je duljina vodiča veća i što je njegov poprečni presjek manji. Što se materijala tiče, može nam pomoći analogija s prolaskom kroz livadu (što bi odgovaralo dobrom vodiču) ili probijanjem kroz gustu šikaru (što bi odgovaralo lošem vodiču odnosno dobrom električnom izolatoru).
Izmjenična električna struja
Jakost struje ne mora biti stalna, ona se može mijenjati s vremenom. A osim promjene iznosa, mijenjati se može i smjer struje. Takvu struju zovemo izmjeničnom električnom strujom. Zvuči čudno, no izmjenična struja može, baš kao i istosmjerna, prenositi energiju i obavljati rad. Ima čak i razne prednosti. Prvi je to shvatio, 1887. godine, Nikola Tesla. On nije izumio izmjeničnu struju (kao što ni Edison nije izumio žarulju nego ju je samo usavršio da dulje traje da ju može proizvoditi i prodavati) nego je osmislio sustav za prijenos i korištenje izmjenične struje, s motorima, generatorima i transformatorima. I taj je sustav postao temelj moderne elektroenergetike. Što baš nije išlo kao po loju. Prije nego se osamostalio Tesla je u početku radio kod Edisona. Kad ga je više puta prevario i iskoristio, kao Cinober Dudeka, Tesla se pokupio. Svoj sustav za prijenos i korištenje izmjenične struje ponudio je Westinghousu koji je onda s Edisonom ušao u ono što je kasnije postalo poznato kao „rat struja”. Izmjenični sustav (AC) na kraju je pobijedio istosmjerni (DC) i postao standard širom svijeta. Više o Edisonu, koji je prvenstveno bio poduzetnik a tek onda izumitelj, možete saznati u knjizi Thomas Edison za mlade.
Složeni strujni krugovi
Kad u strujni krug umjesto istosmjernog izvora stavimo izmjenični izvor onda osim otpornika možemo dodati i druge elemente poput zavojnica i kondenzatora. I tu se odjednom otvara obilje raznih zanimljivih primjena. Recimo RCL-krug u kojem pločasti kondenzator malom preinakom pretvorite u antenu koja u jednom krugu služi kao odašiljač elektromagnetskih valova, a u drugom krugu kao prijemnik elektromagnetskih valova.
I tu je Tesla izvukao kraći kraj s jednim poduzetnikom. Godine 1897. Tesla je patentirao radiouređaj s rezonantnim krugovima, a iste je godine Marconi u Engleskoj osnovao Wireless Telegraph and Signal Company i demonstrirao prvu radiovezu preko Bristolskoga kanala (ali s Teslinim rezonantnim krugovima). Za doprinos razvoju bežične telegrafije Marconi je 1909. dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Tek je 1943. godine, nakon Tesline smrti, američki Vrhovni sud retroaktivno priznao Tesline patente kao starije, čime je Tesli formalno priznat prioritet u izumu radija. Da rezimiram, nije Watt izumio parni stroj nego ga je usavršio i prvi uspješno komercijalizirao. Nije Edison izumio žarulju nego ju je usavršio i prvi uspješno komercijalizirao. Nije Marconi izumio radio nego ga je usavršio i prvi uspješno komercijalizirao. Svaka sličnost s današnjim poduzetnicima koji se predstavljaju kao izumitelji sasvim je slučajna.