Što je struja i kako se struja proizvodi i koristi
Postoji neke izumove koji su promijenili ljudsku civilizaciju. Prvi izum bio je kotač, drugi izum bio je struja, treći izum bio je telekomunikacije, a četvrti izum bio je računalo. Raspravljat ćemo o osnovama uvoda u struju. Svaka tvar u ovom svemiru sastoji se od mnogo atoma, a svaki atom ima jednak broj negativnih elektrona i pozitivnih protona.
Tako možemo reći da svaka neutralna tvar ima jednak broj elektrona i protona. Protoni su nepomični i jako povezani s jezgrom atoma. Elektroni su također vezani za atome i kruže oko jezgre na različitim razini. Međutim, neki elektroni mogu slobodno kretati ili se može osloboditi svoje orbite zbog vanjskih utjecaja. Ovi slobodni i slabo vezani elektroni stvaraju struju.
U neutralnom stanju, broj elektrona i protona je isti u bilo kojem komadu tvari. Ali ako na neki način broj elektrona u tvari postane veći od broja protona, tvar postaje negativno nabijena jer je neto napon svakog elektrona negativan. Ako broj elektrona u tvari postane manji od broja protona, tvar postaje pozitivno nabijena.
Koncentracija slobodnih elektrona uvijek pokušava biti uniformna. To je jedini razlog za struju. Neka objasnimo detaljnije. Ako dva različito nabijena vodična tijela dođu u kontakt, elektroni iz tijela s višom koncentracijom elektrona kretat će se prema tijelu s nižom koncentracijom elektrona kako bi se izjednačila koncentracija elektrona oba tijela. Ovo kretanje naboja (jer su elektroni nabijene čestice) jest struja.
Povezani pojmovi u strujstvu
Električni nabit: Kao što smo ranije rekli, broj elektrona i broj protona je jednak u neutralnom tijelu. Količina negativnog i pozitivnog naboja je također jednaka u neutralnom tijelu, budući da je električni nabit elektrona i protona numerički jednak, ali njihova polaritet je suprotan. No, ako iz bilo kakvog razloga ravnoteža broja elektrona i protona u tijelu bude porušena, tijelo postaje električno nabijeno. Ako je broj elektrona veći od broja protona, tijelo postaje negativno nabijeno, a količina naboja ovisi o broju viškovitih elektrona u tijelu. Na isti način možemo objasniti pozitivni nabit tijela. Ovdje broj elektrona postaje manji od broja protona. Pozitivnost tijela ovisi o razlici između protona i elektrona u tijelu.
Električna struja: Kada nabit teče iz jedne točke u drugu kako bi se postigla uniformna distribucija naboja, tada se brzina s kojom nabit teče naziva električna struja. Ova brzina uglavnom ovisi o razlici u nabijenosti dvije točke i uvjetima putanje preko koje nabit teče. Jedinica za električnu struju jeste Amper, a to je ništa drugo nego kulon po sekundi.
Električni potencijal: Razina nabijenosti tijela poznata je kao električni potencijal. Kada je tijelo nabijeno, dobiva sposobnost izvršiti neku radnju. Električni potencijal jest mjera sposobnosti nabijenog tijela da vrši rad. Struja koja teče kroz vodič je direktno proporcionalna razlici u električnom potencijalu na dvije strane vodiča. Električni potencijal može se vizualizirati kao razlika u razini vode u dvije cisterne spojene cijevi. Brzina protoka vode iz cisternice s visokom razinom vode u cisternicu s niskom razinom vode ovisi o razlici u razini ili razini vode u cisternama, a ne o količini vode skladištene u cisternama. Na isti način, električna struja između dvaju tijela ovisi o potencijalnoj razlici između dva tijela, a ne o količini naboja skladištene u tijelima.
Električno polje: Uvijek postoji sila između dva blizu postavljeni nabijena tijela. Sila može biti privlačna ili odbijajuća, ovisno o prirodi naboja dva tijela. Kada nabijeno tijelo uđe u blizu zone drugog nabijenog tijela, sila se praktično iskusi. Prostor oko nabijenog tijela gdje drugo nabijeno tijelo može iskusiti silu zove se električno polje ranijeg tijela.
Navedeni četiri pojma su glavni parametri struje.
Postoji tri osnovna načina na koje općenito proizvodimo struju.
Elektromehanički proces: Kada se vodič kreće u magnetskom polju i vodič presiječe polje tokovi fluksa struja proizvedena je u vodiču. Na temelju ovog principa rade svi električni generatori poput DC generatori, alternatori i sve vrste dinamo mašina.
Elektrokemijski proces: U svim vrstama baterija struja proizvedena je zbog kemijskih reakcija. Ovdje se kemijska energija pretvara u električnu energiju.
Generiranje struje u čvrstim tijelima: Ovo je najmoderniji proces generiranja struje. Ovdje se generiraju slobodni elektroni i rupe na PN prijelazu i distribucija nositelja naboja postaje neravnomerna na PN prijelazu kada je prijelaz izložen svjetlosti. Ovi slobodni elektroni i rupe te njihova neravnomerna distribucija na prijelazu uzrokuju struju u vanjskom krugu. Na ovom principu rade PV solarni čelici
