U našim domovima imamo mnogo električnih uređaja. Možete li nabrojiti neke? Što je potrebno da bi svi ti električni uređaji radili?
Da bi električni uređaji radili potrebno je da kroz njih teče električna struja.
Jednostavni električni strujni krug
Da bi potekla električna struja prvo trebamo izvor električne energije. U školi i kod kuće izvori su utičnice na zidu, a kod manjih uređaja baterije.
Električni uređaji troše tu energiju pa ih nazivamo električna trošila. Zapravo se električna energija ne troši nego se pretvara u druge oblike: toplinu, svjetlost i mehanički rad.
Trošila s izvorom povezujemo električnim kablovima. U kablovima se nalaze vodiči, materijali koje dobro vode struju.
Ne želimo da naši uređaji rade cijelo vrijeme pa ćemo na kablovima, ili na samom uređaju, imati električnu sklopku. Sklopka ima dva položaja. U jednom kroz nju može teći struja, a u drugom ne može.
Izvore električne energije, trošila, sklopke i vodiče u kućanstvu spajamo na različite načine. Njihov spoj kroz koji može teći struja nazivamo električni strujni krug.
Neki izvori električne energije proizvode istosmjernu struju. Takva struju teče uvijek u istom smjeru. Baterija je takav izvor. Izvore istosmjerne struje označavamo slovima DC, od engleskog direct current.
Zanimljivost
Thomas Alva Edison
Thomas Alva Edison bio je samouki američki izumitelj koji se proslavio svojim izumima još kao dječak. U njegovu laboratoriju u Menlo Parku (New Jersey) radio je i Nikola Tesla. Upoznao je svijet s istosmjernom strujom. Najvažniji su mu izumi: mikrofon za telefon (1876. g.), fonograf (1877. g.), telegrafski aparat, kinematograf, alkalijski (tzv. čelični) akumulator, žarulja s ugljenom niti i rastalni osigurač. Smatra se jednim od najvažnijih američkih izumitelja. U SAD-u je objavio više od
patenata, a još nekoliko stotina u drugim zemljama. Nije ga zanimala samo znanost, nego i ekonomija, rudarstvo i općenito poduzetništvo.
Postoje i izvori električne energije koji daju izmjeničnu struju, struju koja mijenja smjer. Sva struja koju dobivamo iz utičnica na zidovima je izmjenična struja - promjeni smjer
puta u sekundi. Izmjenična struja, izovri takve struje i trošila koja je koriste označeni su slovima AC, od engleskog alterante current.
Zanimljivost
Nikola Tesla
Nikola Tesla rođen je u Smiljanu, 10. srpnja 1856. Studirao je u Grazu i Pragu. Nakon odlaska u SAD radio je kratko zajedno s Edisonom, a nakon toga osnovao je vlastiti laboratorij. U njemu je ostvario svoja najvažnija otkrića. Njegov doprinos na području elektrotehnike je golem. Čovječanstvo je naučio kako će se koristiti izmjeničnom strujom, indukcijskim motorom te principom rotirajućih magnetskih polja. Uz njegovo ime vezuje se više od
patenata od neonske rasvjete, bežičnog prijenosa energije, radiotehnike do postupaka vakuumiranja. Bavio se i strujama visoke frekvencije. Mjerna jedinica gustoće magnetskoga toka, odnosno magnetske indukcije nazvana je njemu u čast tesla, oznaka
Baterija i generator
Spomenuli smo već da je baterija izvor istosmjerne električne struje. Ona ima dva kontakta putem kojih je spajamo u strujni krug. Nazivamo ih pozitivan i negativnan pol, a označeni su, logično, plusom i minusom. Uz bateriju, izvor istosmjerne struje može biti akumulator i fotonaponska ćelija.
Izmjenična struja nastaje u posebno konstruiranim uređajima koji nazivamo generatori. Oni su sastavni dio svakog postrojenja za proizvodnju električne energije. Takva postrojenja nazivamo elektrane.
Zanimljivost
Povijest razvoja fizike nije pravocrtna, nije to povijest koja prati uspjeh za uspjehom, otkriće za otkrićem. Više je riječ o povijesti uspona i padova, pokušaja i pogrešaka, otkrića i pokušaja objašnjenja otkrića. Npr. galvanski članak (galvanski element, galvanska ćelija), izvor je istosmjerne struje u kojem se kemijska energija pretvara u električnu. Naziv je dobio po talijanskom liječniku i prirodoslovcu Luigiju Galvaniju, koji je pogrešno protumačio pojavu kontrakcije (grčenja) žabljih mišića (1870. g.), objašnjavajući tu pojavu, kako ju je sam nazvao "životinjskim elektricitetom". Pravo objašnjenje, koje je dao Alessandro Volta, objavljeno je
godina nakon otkrića te pojave.
Ostali elementi jednostavnoga strujnog kruga
Električna grijaća ploča dio energije emitira kao svjetlost
Trošilo pretvara električnu energiju u druge oblike energije.
Često uz vrstu energije koju želimo dobiti, dobivamo i onu nepoželjnu. Tako kod obične žarulje sa žarnom niti osim svjetlosti dobivamo i toplinu. I to veoma veliku količinu topline. Čak 95 posto električne energije odlazi u toplinsku. Zbog toga se već dugo razvijaju nove tehnologije kako bismo dobivali svjetlost s manje energetskih gubitaka.
S obzirom na to da su toplinski učinci električne struje toliko veliki, nije čudno što se ona koristi u grijalicama i štednjacima. Običan štednjak tijekom kuhanja iskoristi
posto električne energije, što nije loše. No može i bolje. Štednjaci s indukcijskom grijaćom pločom iskoriste
posto energije.
Električni prekidač, kao što je preklopna sklopka, omogućuje otvaranje i zatvaranje strujnog kruga. Otvorena sklopka čini jednostavan strujni krug otvorenim. U tom slučaju kroz trošilo neće teći struja. Ako je trošilo žaruljica, ona neće svijetliti. Kad je sklopka zatvorena, i strujni je krug zatvoren. Tada struja teče kroz strujni krug pa žaruljica svijetli.
Zanimljivost
Prekidač
Električni prekidači mogu biti različiti. Oni koje često upotrebljavamo su prekidač tipkalo i preklopna sklopka. Prekidač tipkalo koristi se na tipkovnicama računala, a preklopna sklopka kod prekidača za svjetlo.
Prekidači mogu biti različitih veličina, oblika i vrsta. Pri izvođenju pokusa sa strujnim krugovima najčešće ćete se koristiti prekidačem poput prikazanog na slici. Otvoreni položaj prekidača označava se rječju Off ili brojkom 0, a zatvoreni s On ili brojkom 1.
Zadatak 1.
Pogledajte prostor oko sebe i pokušajte navesti neke uređaje koji se koriste prekidačem.
Bakreni vodiči
Materijale koji dobro provode električnu struju nazivamo vodiči
. Najčešće upotrebljavamo bakrene i aluminijske žice. Žice su izolirane radi naše sigurnosti. U slučaju dotjecaja ljudskog tijela s neizoliranom (golom) žicom koja je spojena na izvor električne energije, možemo doživjeti strujni udar.
Da bismo pojednostavnili crtanje strujnih krugova koristimo se simbolima elemenata strujnog kruga.
Zanimljivost
Simboli kojima se koristimo za obilježavanje elemenata strujnog kruga razlikuju se u različitim dijelovima svijeta. Unatoč tomu, polako, ali sigurno usvajaju se zajedničke oznake. Proces je sličan usvajanju istih mjernih jedinica.
Na popisu Međunarodnog elektrotehničkog povjerenstva
(International Electrotechnical Commission) je oko
simbola.
Naravno, postoje i razlozi zašto se koriste točno takve oznake. Očito je zašto je vodič prikazan kao ravna crta. Ali neke posebne oznake imaju stilizirane verzije. Npr. otpornik se nekada izrađivao od dugačkog komada žice koji se motao na poseban način. Oznaka koju danas upotrebljavamo stilizirana je verzija tako smotane žice.Danas se otpornici izrađuju od različitih materijala i u različitim oblicima, ali je ta verzija ostala kao trajan podsjetnik kako su otpornici nekada izgledali.
Pokušajte u bilježnicu nacrtati strujni krug koristeći se samo simbolima.
Prikaz strujnog kruga s pomoću simbola
Zatvorenim strujnim krugom prolazi električna struja. Dogovoreni smjer struje je od pozitivnog prema negativnom polu električnog izvora. Na slici vidite otvoreni i zatvoreni strujni krug prikazan simbolima i ilustracijama. U zatvorenom strujnom krugu žaruljica svijetli.
Usporedba otvorenog i zatvorenog strujnog kruga s pomoću simbola i ilustracije
Zadatak 3.
Učenici su na različite načine spajali žaruljicu, vodič i bateriju.
U kojim od ovih slučajeva će žaruljica svijetliti?
Kome svjetlo svijetli?
U slučajevima
i
strujni je krug zatvoren i žaruljica će svijetliti.
Zadatak 4.
Spojite otvoreni i zatvoreni strujni krug koristeći se priborom: žaruljica, grlo za žaruljicu, prekidač, tri vodiča ili spojne žice te baterija.
U kojem je položaju sklopka?
Zadatak 5.
Koji od sljedećih elemenata jednostavnoga strujnog kruga nije nužan da bi žaruljica svjetlila: žaruljica, izvor električne energije, prekidač, ili vodiči?
Strujni krug može funkcionirati i bez prekidača (ali ne predugo)
Žaruljica može svijetliti i ako u jednostavnom strujnom krugu nemate prekidač.
U kojem smjeru teče električna struja u zatvorenome strujnom krugu?
Strujnim krugom prolazi električna struja kada je on zatvoren.
null
Izvor istosmjerne struje nije:
null
null
Odredi simbole elemenata strujnog kruga.
null
null
U žaruljici se električna energija pretvara u i . Elementi jednostavnog strujnog kruga su: , , i .
null
Odredite pravilnost spojenosti elemenata u strujnim krugovima.
null
null
null
null
null
null
null
null
null
null
null
null
...i na kraju
Izvor električne energije, vodič, sklopku i trošilo nazivamo elementima jednostavnoga strujnog kruga.
Razlikujemo otvoreni i zatvoreni strujni krug.
Sklopka omogućuje otvaranje i zatvaranje strujnog kruga. Otvorena sklopka čini strujni krug prekinutim te u tom slučaju žaruljica neće svijetliti. Kad je sklopka zatvorena, strujni krug nema prekid pa u tom slučaju žaruljica svijetli.
Da bismo pojednostavnili crtanje strujnih krugova koristimo se simbolima.
Izvore električne energije dijelimo na istosmjerne i izmjenične.
Baterija je izvor istosmjerne električne struje. Ona ima dva pola, pozitivan i negativan, putem kojih je spajamo u strujni krug. Uz bateriju, izvori istosmjerne struje mogu biti akumulator i fotonaponska ćelija.
Izvor izmjenične električne struje je generator. On je sastavni dio svakog postrojenja za proizvodnju električne energije. Takva postrojenja nazivamo elektrane.
Početna veličina slova
