Ključna razlika – struja u odnosu na napon
U električnom polju na električne naboje utječe sila koja na njih djeluje; stoga se na nabijenu česticu mora izvršiti rad da se pomakne iz jedne točke u električnom polju u drugu točku. Taj se rad definira kao razlika električnog potencijala između te dvije točke. Razlika električnog potencijala naziva se i napon između dvije točke. Kretanje ili tijek električnih naboja pod djelovanjem potencijalne razlike poznato je kao električna struja. Ključna razlika između struje i napona je u tome što struja uvijek uključuje kretanje električnih naboja pod električnim poljem, dok napon ne uključuje protok naboja. Napon se javlja samo zbog postojanja neuravnoteženog naboja.
Što je napon?
Budući da atom ima isti broj protona i elektrona, sva stabilna materija u svemiru je električno uravnotežena. Međutim, pozitivno ili negativno nabijene čestice mogu imati više ili manje elektrona od protona zbog vanjskih fizičkih i kemijskih učinaka. Pod skupom sličnih naboja nastaje električno polje koje daje električni potencijal ili napon svakoj točki oko sebe. Napon se može smatrati najosnovnijim svojstvom elektriciteta. Mjeri se u voltima (V) pomoću voltmetra.
Električni potencijal u točki uvijek se smatra razlikom između dvije točke, ili u određenoj točki, napon se promatra u odnosu na beskonačnost gdje je potencijal nula. Sa stajališta električnog kruga, zemlja se smatra točkom nultog potencijala; stoga se napon u svakoj točki kruga mjeri u odnosu na uzemljenje (ili uzemljenje).
Napon se može proizvesti kao rezultat mnogih prirodnih ili prisilnih pojava. Munja je primjer napona zbog prirodne pojave; stotine milijuna napona javlja se u oblaku zbog trenja. U vrlo maloj mjeri, baterija proizvodi napon kemijskom reakcijom, akumulirajući nabijene ione na pozitivnim (anoda) i negativnim (katoda) terminalima. Fotonaponske ćelije uključene u solarne ploče stvaraju napon kao rezultat otpuštanja elektrona iz poluvodičkog materijala koji apsorbira sunčevu svjetlost. Sličan učinak može se vidjeti u fotodiodama koje se koriste u kamerama za otkrivanje razine ambijentalnog osvjetljenja.
Što je struja?
Struja je strujanje nečega, poput morske vode ili atmosferskog zraka. U električnom kontekstu, tok električnih naboja, najčešće tok elektrona kroz vodič, poznat je kao električna struja. Struja se ampermetrom mjeri u amperima (A). Amper se definira kao kulon u sekundi i proporcionalan je razlici napona između dvije točke u kojima teče struja.
Slika 01: Jednostavan električni krug
Kao što je prikazano na slici 01, kada struja prolazi kroz čisti otpor R, omjer napona i struje jednak je R. Ovo je uvedeno u Ohmov zakon koji je dan kao:
V=I x R
Ako se napon dV mijenja na zavojnici, također poznatoj kao induktor, struja dI kroz zavojnicu mijenja se prema:
dI=1/L∫dV dt
Ovdje je L induktivitet zavojnice. To se događa jer je zavojnica otporna na promjenu napona preko sebe i proizvodi protunapon.
U slučaju kondenzatora, promjena struje kroz njega dI je sljedeća:
dI=C (dV/dt)
Ovdje je C kapacitivnost. To je zbog pražnjenja i punjenja kondenzatora u skladu s varijacijom napona.
Slika 02: Flemingovo pravilo desne ruke
Kada se vodič kreće preko magnetskog polja, struja, a potom i napon se stvara preko vodiča prema Flemingovom pravilu desne ruke.
Ovo je osnova električnog generatora u kojem niz vodiča brzo rotira preko magnetskog polja. Kao što je objašnjeno u prethodnom odjeljku, nakupljanje naboja stvara napon u bateriji. Kada žica spoji dvije stezaljke, duž žice počinje teći struja, odnosno elektroni u žici se kreću zbog razlike napona između stezaljki. Što je otpor žice veći, struja je veća i baterija se brže prazni. Slično tome, opterećenje koje troši veću snagu izvlači veću struju iz napajanja. Na primjer, lampa od 100 W spojena na napajanje od 230 V, struja koju troši može se izračunati kao:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Ovdje, kada je snaga veća, struja potrošnje bit će velika.
Koja je razlika između napona i struje?
Napon u odnosu na struju |
|
| Napon se definira kao razlika električne potencijalne energije između dvije točke u električnom polju. | Struja se definira kao kretanje električnih naboja pod razlikom potencijalne energije u električnom polju. |
| Pojava | |
| Napon nestaje zbog postojanja električnih naboja. | Struja se proizvodi kretanjem naboja. Nema struje sa statičkim električnim nabojem. |
| Ovisnost | |
| Napon može postojati bez stvaranja struje; na primjer, u baterijama. | Struja uvijek ovisi o naponu budući da se protok naboja ne može dogoditi bez potencijalne razlike. |
| Mjerenje | |
| Napon se mjeri u voltima. Uvijek se mjeri u odnosu na drugu točku, barem neutralnu zemlju. Stoga je mjerenje napona jednostavno jer strujni krug nije prekinut za postavljanje mjernih stezaljki. | Struja se mjeri u amperima i mjeri se kroz vodič. Mjerenje struje je teže jer se vodič mora slomiti da bi se postavili mjerni terminali ili se trebaju koristiti sofisticirani ampermetri sa stezaljkama. |
Sažetak – napon u odnosu na struju
U električnom polju razlika potencijala između bilo koje dvije točke naziva se razlika napona. Uvijek bi trebala postojati razlika u naponu za stvaranje struje. U izvoru napona kao što je fotoćelija ili baterija, napon se javlja zbog nakupljanja naboja na stezaljkama. Ako su te stezaljke spojene žicom, počinje teći struja zbog razlike napona između stezaljki. Prema Ohmovom zakonu, struja u vodiču proporcionalno se mijenja s naponom. Iako su struja i napon međusobno povezani otporom, struja ne može postojati bez napona. Ovo je razlika između struje i napona.
