Једносмјерна струја

Електротехника

Електрицитет • Магнетизам Електроенергетика Електрана • Електрична жаруља • Електрични генератор • Електроенергетски сустав • Соларна фотонапонска енергија • Трофазна струја • Вјетроелектрана • Заштита од струјног удара Електроника Динамички електрични отпор • Диода • Електрични сигнал • Електронска цијев • Операцијско појачало • Појачало • Појачање • Струјни активни електрични извор • Транзистор Електроакустика Дигитализација ��� Линеарна изобличења • Микрофон • Нискофреквентно појачало снаге • Нискофреквентно претпојачало • Снимање звука • Звучник Електричне мреже и четверополи Електричне мреже • Електрични филтри • Метода суперпозиције • Нортонов поучак • Тхéвенинов поучак Радиокомуникације Амплитудна модулација • Антена • Ефективна израчена снага • Фазна модулација • Фреквенцијска модулација • Радио-валови Телекомуникације  •  •  • Научници и изумитељи Ампèре • Цоуломб • Фарадаy • Гаусс • Хеависиде • Хенрy • Хертз • Лорентз • Маxwелл • Тесла • Волта • Wебер • Øрстед

Усмерена, истосмјерна или једносмјерна струја, је физичка појава протока електричног набоја од вишег ка нижем потенцијалу и непромјењивог је смјера. Ово се обично одвија у проводницима, али електрични набој такођер може тећи и кроз полупроводнике, изолаторе и чак у вакууму као млаз електрона. Код истосмјерне струје, набој тече у истом правцу, за разлику од измјеничне струје.

Прву комерцијалну мрежу за пријенос електричне енергије је развио Тхомас Алва Едисон крајем 19. вијека користећи истосмјерну струју. Због тога што је измјенична струја много погоднија за пријенос и дистрибуцију од истосмјерне, данас скоро сви системи за пријенос електричне енергије користе измјеничну струју, према идеји и реализацији Николе Тесле.

У електротехници, термин истосмјерна струја је обично синоним за константну струју. Нпр. напон на крајевима истосмјерног напонског извора је константан без обзира на промјену отпорности потрошача којом се оптерећује извор. Таква истосмјерна струја има константан напон, али струја може варирати у складу с Охмовим законом. Могуће је потрошач прикључити и на константан струјни извор, када ће струја кроз отпорник бити непромјењива без обзира на могућу промјену отпора потрошача, што са друге стране изазива промјену напона. У идеалној ситуацији, када се непромјењиви отпорник повеже на константни извор (било напонски било струјни) струја која тече кроз њега и напон на његовим крајевима су временски непромјењиви.

Појам истосмјерне струје се понекад везује уз појам непромјењивог поларитета. Уз ову дефиницију, напон истосмјерне струје може се мијењати током времена али је читаво вријеме један крај на позитивнијем потенцијалу од другог и може пасти на нулу, али не смије промијенити поларитет. Такав је необрађен напон на излазу исправљача или флуктуирајући звучни сигнал у телефонској линији.

Може се доказати да се сложени периодични вални облик струје и напона у линеарној средини Фуријеовом трансформацијом може раставити на суму истосмјерне компоненте и компоненте коју чини синусоидална (простопериодична) временски промјењива струја. Средња вриједност временски промјењиве компоненте је нула.

Неки облици истосмјерне струје (као они које производи регулатор напона) скоро да немају варијације у напону, али можда још увијек имају варијације у излазној снази и струји.

Хемијски извори су били први генератори који су у дужем временском интервалу могли произвести електричну струју. Професор анатомије Луиги Галвани из Италије је примјетио да се ноге мртве жабе грче када их је спојио са два комада различитог метала. Алессандро Волта, професор физике, је био увјерен да узрок грчењу треба тражити у електричној струји коју производе ти метали. Након многих експеримената, он је 1800. изумио Волтин ступ. Волта је нагомилао плочице од бакра и жељеза једне на друге, а између њих је ставио папирне улошке претходно умочене у слану воду. То је произвело струју и представљало је прву батерију.

Постоје десетине врста кемијских извора који се међусобно разликују по употребљеним металним електродама и електролитима, а тиме и својим електричним особинама. Кемијски извори се дијеле на примарне и секундарне изворе. Примарни извори се могу користити само једном, док се секундарни извори могу пунити пропуштањем истосмјерне струје у супротном смјеру. Пошто су извори овакаве врсте способни да акумулирају енергију, они су названи акумулаторима. Сви кемијски извори имају заједничку особину да ако кроз њих постоји струја као посљедица њихове електромоторне силе (или у случају секундарних извора као посљедица вањског прикљученог напона који дјелује супротно од те ЕМС), обавезно долази до кемијских промјена на електролиту или на електродама. У многим случајевима долази до издвајања неког плина (нпр. водика) на једној од електрода. Поред још неких ефеката мјехурићи плина образују око електроде изолацијски слој, због чега струја кроз извор постепено слаби и на крају сасвим нестаје.

Данас се од примарних извора највише користи цинк-угљичне батерије и алкалне батерије. Оловни и челични акумулатори примјену налазе у аутомобилима, а никал-кадмијске и литиј-ионске батерије се користе у мобилним телефонима.

Инсталације истосмјерне струје обично имају другачије типове утичница, склопки и инсталацијског прибора од оних којих се користе за наизмјеничне струје, највише захвљујући малом напону за који се користе. Обично је код истосмјерне струје важно да се не обрне поларитет осим ако уређај има исправљачки мост да исправи ово (највећи број уређаја који користе батерије немају ово).

Пријенос електричне енергије истосмјерном струјом високог напона се користи за пријенос енергије на велике удаљености и за подморске каблове, са напонима од неколико кВ до MV.

Истосмјерна струја се често среће у уређајима који користе ниске напоне, нарочито тамо где се они напајају из батерија или сунчевих ћелија, пошто оне могу производити само истосмјерну струју. Већина уређаја с властитим напајањем користи истосмјерну струју, иако су алтенатори наизмјенични уређаји који користе исправљаче да произведу истосјмерну струју. Већина електронских кола захтева истосмјерно напајање. Уређаји који користе гориве ћелије (ПЕМ ћелија од мешавине водика и кисика уз помоћ катализатора производи електрицитет и воду као споредан производ) такођер дају само истосмјерну струју.

Већина телефона је повезана упреденим парицама и изнутра раздваја наизмјеничну компоненту напона (аудио-сигнал) од истосмјерне компоненте напона (који се користи да напаја телефон).

Рачунари се прикључују на стандардне прикључке (наизмјеничног напона) 220 V, али се у исправљачкој јединици генерирају истосмјерни напони од +3,3 V, +5 V, +12 V, -5 V, -12 V који се разводе до потрошача у унутрашњости рачунара. Телекомуникацијска опрема користи стандард -48 V истосмјерне побуде. Негативан поларитет је постигнут уземљењем позитивног краја напојног система и батерије.

Мјерење је олакшано рачуном према формули познатој као Охмов закон:

${\displaystyle I={\frac {U}{R}}}$

гдје је

I је јакост струје (основна јединица ампер)

У је разлика потенцијала или напон (основна јединица је волт)

Р је електрични отпор (основна јединица је охм)

Фундаментално је јачина истосмјерне струје објашњена математичким изразом:

${\displaystyle I={\frac {Q}{t}}}$

гдје је

Q је количина набоја или набој (основна јединица је кулон)

т је временски период (основна јединица је секунда)

Који говори да је јакост електричне струје I заправо количина набоја Q која прође пресјеком неког водича у неком времену т.

Ако позитивни прикључак извора преко неког трошила (примјерице жаруље) повежемо на негативни прикључак извора, електрони ће нагрнути са негативног пола гдје су нагужвани, према позитивном полу гдје их недостаје тако снажно, да ће се танка отпорна жица жаруље усијати, те ће жаруља засвијетлити. Другим ријечима, од негативног пола батерије потећи ће струја електрона (тзв. електрична струја) према позитивном полу. Загријавање водича због проласка струје зовемо топлинским учинком електричне струје.

С обзиром да би било тешко често цртати батерију, жаруљицу и друге електричне елементе и направе, договорени су симболи за разне врсте електричних елемената, па описани склоп шематски можемо приказати доњом сликом. Такав склоп зовемо струјним кругом.

Струјни круг дакле садржи неки извор или точније извор напона У на стезаљкама (иако грешком често зван извор струје), неко трошило и електричне водове. У приказаном примјеру уцртан је и прекидач (склопка) С, за укључење / искључење струјног тока.

На сликама је в��дљиво да је смјер струје означен од + према - , дакле обрнуто од смјера кретања електрона. Смјер струје је наиме одређен договорно, због дефинирања законитости према којима се одвијају електрични процеси, још у вријеме када није био детаљније познат механизам настајања електричних појава.

Дакле, као позитиван, смјер струје је дефиниран од + према - полу, иако се уствари слободни електрони кроз струјни круг изван извора крећу у обрнутом смјеру. Ако се поларитет извора не мијења као код батеријског извора, не мијења се ни смјер струје кроз струјни круг, па се та струја зове истосмјерном.

Струја кроз водич путује великом брзином, међутим треба имати у виду да је то уствари брзина путовања појаве премјештања електрона с атома на атом. Електрони наиме не прелазе читав струјни круг јурећи кроз њега, него само прескачу са љускасте путање једног атома на љускасту путању сусједног, прелазећи само кратак пут кроз водич. То сличи путовању вала по морској површини. Морем не путују честице воде, него само појава њиховог издизања и спуштања.

Из унутрашњости извора пружа се отпор проласку струје. Тај се отпор зове унутрашњи отпор извора Р_и. Извор ствара тзв. електромоторну силу (Е), тј. производи разлику електричног потенцијала на својим стезаљкама, гомилајући електроне на негативном полу. Кад је извор неоптерећен, тј. када није на њега прикључено никакво трошило, разлика потецијала (напон) на његовим стезаљкама једнака је електромоторној сили. Кад се међутим на извор прикључи трошило, тј. кад је извор оптерећен, може се схватити да је у струјни круг укључен отпор трошила Р, а с њим у серију укључен је и унутрашњи отпор извора Р_и. Укупна електромоторна сила расподјељује се на савладавање оба отпора. Код тога, на оба отпора настаје пад напона пропорционалан отпорима.

Резултат је тога, да на стезајкама извора више нећемо моћи добити пуни износ електромоторне силе коју ствара извор, него ће она бити умањена за вриједност пада напона на унутрашњем отпору I x Р_и. Напон на стезаљкама бит ће дакле:

У = Е - I x Р_и

У овом примјеру, занемарен је пад напона на водовима струјног круга.

Оптерећеном извору напон на стезаљкама бит ће мањи него неоптерећеном. Зависност напона на стезаљкама извора од јакости струје коју остварује извор приказује дијаграм који се зове карактеристика извора.

Смањење напона извора након оптерећења разлогом је, што мјерење напона батеријских чланака кад су извађени из уређаја и неоптерећени, не даје праву слику стања батерије. Неоптерећена, она може показивати пуни напон, но, кад се оптерети, може се показати да је ипак полупразна и да нема довољан напон за исправан рад уређаја с већом потрошњом.

Уз већ наведени топлински учинак, електрична струја може произвести и друге врсте учинака:

• топлински учинак
• магнетски учинак
• кемијски учинак
• механички учинак (у магнетском пољу)

• Измјенична струја
• Електромоторна сила

• (en) ПБС: АЦ/DC: Wхат'с тхе Дифференце?