- Power plant produces electricity.
- Step-up substation where voltage is increased. Voltage depends on the distance the power will travel and the amount desired.
- Transmission system, electricity travelling at nearly the speed of light over heavy cables.
- Step-down transformer where voltage is reduced so that electricity can be carried on smaller cables.
- Distribution lines carry electricity to the customers, smaller transformers on poles or underground reduce the voltage to 120V-240V for residential customers.
- Residential, industrial and commercial consumers.
Osnove elektrotehnike [I dio]
Atom
Atom je najsitnija čestica elementa, koji se ne može razložiti a da se pri tome ne promijene osnovna svojstva samog elementa. Sastoji se od atomske jezgre i atomske ljuske; jezgra je sastavljena od protona - nosilaca pozitivnog električnog naboja i neutralnih, bez naboja, neutrona; dok atomska ljuska obavija atomsku jezgru i u njoj se nalaze elektroni koji su nosioci negativnog električnog naboja i koji kruže oko atomske jezgre. Negativan naboj elektrona je uravnotežen pozitivnim nabojem protona.
Elektroni su vezani u svojoj orbiti privlačenjem protona. Oni se mogu osloboditi svoje orbite primjenom neke vanjske sile kao što je kretanje kroz magnetsko polje, trenje ili hemijsko djelovanje. Ovi se elektroni nazivaju slobodni elektroni.
Slobodni elektron ostavlja prazninu koju može popuniti elektron koji je potisnut iz orbite iz drugog atoma. Kako se slobodni elektroni kreću od jednog atoma do drugog, nastaje protok elektrona, što predstavlja osnovu električne energije.
Atom s jednakim brojem elektrona i protona je električno neutralan. Nedostatak elektrona naziva se pozitivnim nabojem jer atom ima više protona nego elektrona. Višak elektrona predstavlja negativan naboj.
Provodnici
Električna struja je usmjereno kretanje slobodnih elektrona kroz provodna tijela, od mjesta "viška" elektrona prema mjestu "manjka" elektrona. Drugim riječima, električna struja nastaje kada se slobodni elektroni kreću od jednog atoma do drugog. Materijali koji omogućavaju slobodno kretanje velikog broja elektrona nazivaju se provodnici.
Bakar, srebro, aluminijum, cink, mesing i gvožđe smatraju se dobrim provodnicima, ugljen se koristi za četkice elektromotora, a bakar je najčešći materijal koji se koristi za provodnike, kako zbog svojih karakteristika tako i zbog cijene.
Izolatori
Materijali koji imaju malo slobodnih elektrona, odnosno gotovo da ih nemaju pa stoga ne provode električnu struju, nazivaju se izolatori.
Dobri izolatori su plastika, guma, staklo, mica i keramika.
Električni kabal je primjer korištenja provodnika i izolatora. Elektroni teku duž bakrenog provodnika kako bi osigurali energiju električnom uređaju npr. svjetiljka, laptop ili motor. Izolator oko vanjske strane bakrenog provodnika je predviđen da zadrži elektrone u provodniku (vodiču).
Poluprovodnici
Poluprovodnički materijali, kao npr. silicijum, mogu se koristiti za proizvodnju elemenata koji imaju karakteristike i provodnika i izolatora. Mnogi poluprovodnički elementi će se ponašati kao provodnik kada se vanjska sila primjenjuje u jednom smjeru; kada se vanjska sila primjenjuje u suprotnom smjeru, poluprovodnički element će djelovati kao izolator. Tranzistori, diode i drugi poluprovodnički elektronski elementi u osnovi koriste ovaj princip.
Naelektrisana tijela imaju oko sebe nevidljivo električno polje. Kada se dva slično naelektrisana tijela nađu zajedno, njihova električna polja odbijaju jedno tijelo od drugog, a kada su tijela različito naelektrisana, njihova električna polja privlače jedno tijelo drugom.
Električno polje oko naelektrisanog tijela formira nevidljive linije sile. Ove nevidljive silnice izazivaju privlačenje ili odbijanje. Donja ilustracija prikazuje silnice koje izlaze iz tijela s pozitivnim nabojem i ulaze u tijelo s negativnim nabojem.
Coulomb-ov zakon
Tokom 18. vijeka francuski naučnik, Charles A. Coulomb, proučavao je polja sile koja okružuju naelektrisana tijela. Coulomb je otkrio da se nabijena tijela međusobno privlače ili odbijaju silom koja je direktno proporcionalna proizvodu naboja, a obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Danas ovo nazivamo Coulombov zakon.
Efekti električne struje
Efekti električne struje u vodičima i njegovoj okolini mogu biti:
· toplinski efekat, gdje struja zagrijava svaki provodnik kroz koji prolazi. Korisno zagrijavanje, pri kojem se električna energija pretvara u toplinu je kod grijača (bojleri, pegle i sl.), štednjaka, lemila i mnogih drugih uređaja, i štetno zagrijavanje, gdje se u električnim mašinama/strojevima i vodovima stvara nepotrebno zagrijavanje usljed čega se beskorisno troši električna energija.
· magnetski efekat, gdje struja pri prolazu kroz vodič oko njega stvara magnetsko polje. Ovaj efekat omogućava rad generatora, elektromotora i transformatora, a osnova je djelovanja i većine drugih uređaja.
· hemijski efekat, gdje struja pri prolazu kroz neke hemijske spojeve rastavlja te spojeve na sastavne dijelove, npr. u elektrolizi, punjenju akumulatora i sl.
· svjetlosni efekat, gdje struja npr. pri prolazu kroz žarnu nit žarulje, žari nit i kao posljedicu toplinskog efekta dobivamo svjetlo.
· fiziološki efekat, gdje struja pri prolazu kroz živa bića stvara hemijski i toplinski efekat. Korisna primjena je u medicini, a nepropisnim rukovanjem može biti opasna po život.