Električno kolo

Električno kolo je skup komponenti i provodnika koji obrazuju zatvoren tok električne struje.^[1] Prosto kolo sastoji se od električnog izvora, provodnika i trošila. Izvor može biti baterija ili generator, provodnik žica kroz koju struji elektricitet, a potrošač komponenta koja se napaja elektricitetom, kao na primer sijalica.

Jednostavno električno kolo napravljeno od naponskog izvora i otpornika.

Elektromagnetizam

Ključne stavke

Elektricitet • Magnetizam

Elektrostatika

Električni naboj • Coulombov zakon • Električno polje • Električni fluks • Gaussov zakon • Električni potencijal • Elektrostatična indukcija • Električni dipolni moment

Magnetostatika

Ampèreov zakon • Električna struja • Magnetno polje • Magnetni fluks • Biot–Savartov zakon • Magnetni dipolni moment • Gaussov zakon za magnetizam

Elektrodinamika

Vakuum • Lorentzova sila • EMS • Elektromagnetska indukcija • Faradayjev zakon • Lenzov zakon • Struja pomaka • Maxwellove jednačine • EM polje • Elektromagnetna radijacija • Liénard-Wiechertov potencijal • Maxwellov tenzor • Vrtložne struje

Električna mreža

Električna provodljivost • Električni otpor • Kapacitivnost • Induktivnost • Impedanca • Resonantne šupljine • Talasovod

Kovarijantna formulacija

Elektromagnetni tenzor • EM tenzor napon-energija • Četiri-tok • Elektromagnetni četiri-potencijal

Naučnici Ampère • Coulomb • Faraday • Heaviside • Henry • Hertz • Lorentz • Maxwell • Tesla • Weber · Ostali

Ova kutijica: pogledaj • razgovor • uredi

Električno kolo može biti otvoreno i zatvoreno. U zatvorenom krugu javlja se električna struja a u otvorenom ne. Ukoliko kroz sve elemente kola protiče ista struja, kolo se naziva prostim, a ukoliko teče više struja, naziva se složenim. Svaki deo složenog kola kroz koji protiče jedna struja naziva se grana.^[1]

Pojam električnog kola koristi se u elektronici i u teoriji električnih mreža. Temelji se na Omovom zakonu i Kirhofovim pravilima grananja. Proticanje električne struje kolom uvek je praćeno pojavom magnetnog i električnog polja oko provodnika. Elektromagnetna energija u električnom krugu pretvara se u toplotu. Koliko će se toplote stvoriti u nekom provodniku zavisi od njegovog električnog otpora, koji utiče na jačinu struje u kolu.

U električnom krugu kojim teče naizmenična struja, uticaj magnetskog i električnog polja na vrednosti napona i struje izražava se induktivnošću i kapacitetom, koji su parametri električnog kola. Električno kolo prikazuje se pomoću električne sheme.^[2]

Mreža koja se sastoji od elektronskih komponenti zove se elektronsko kolo. Takve mreže su obično nelinearne pa se analiziraju naprednijim postupcima kao što je računarska simulacija.

Vrste električnih kola

Prosto kolo sa jednim izvorom i jednim trošilom

Električno-strujno kolo predstavlja zatvoren sistem koji ima ulogu da obezbedi stalno proticanje električne struje i sastoji se od

• izvora električne struje
• prijemnika-potrošača električne energije
• spojnih provodnika koji prenose električnu energiju od izvora do prijemnika

Izvor električne energije ima ulogu da pretvori neki drugi vid energije (mehaničku, hemijsku, svetlosnu,..) u električnu i predstavlja aktivni element električnog kola. Prijemnik-potrošač ima ulogu da električnu energiju pretvori u drugi vid energije koji je čoveku potreban ( svetlosna, toplotna, mehanička ...) i zajedno sa provodnicima predstavlja pasivne delove električnog kola.^[3]

Prosto kolo sa više izvora i više trošila

Prosto električno kolo sa više izvora i više prijemnika-potrošača predstavlja zatvoren provodni lanac raznih električnih elemenata, proizvoljan broj realnih generatora i prijemnika vezanih na red. Kroz sve elemente kola protiče ista vrednost električne struje, a njena vrednost računa se preko uopštenog Omovog zakona.^[3]

Složeno kolo

Složeno električno kolo sastavljeno je od više prostih električnih kola. Uz osnovne delove (izvora, prijemnika i provodnika) postoje još i čvorovi (tačka u kojoj se spaja više provodnika), grana (jedan ili više elemenata kroz koje teče ista struja) i kontura-petlja (zatvorena linija koju čine grane kola). Vrednosti električne struje u složenom električnom kolu može se izračunati primenom Kirhofovih zakona.^[3]

Električna mreža

Primer električne mreže.

Električna mreža je skup povezanih električnih delova koji služe za prenos električne energije (elektroenergetski sistem) od izvora (elektrane) do transformatorskih stanica na rubovima velikih područja potrošnje (prenosna mreža) te za razdeobu (distribuciju) električne energije do krajnjih potrošača na tom području (razdelna mreža). Takvu energetsku električnu mrežu čine električni energetski vodovi kojima se električna energija prenosi na daljinu te rasklopna i transformatorska električna postrojenja (učinski prekidači, učinski transformatori, sabirnice). U delove mreže ubrajaju se i sklopni aparati, naprave za upravljanje radom mreže u normalnom pogonu, električni instrumenti i uređaji (merni transformatori), uređaji za zaštitu od kvarova.

Razlikuju se električne mreže jednosmerne i naizmenične električne struje. Od početka primene naizmenične električne struje (krajem 19. veka) gubile su mreže jednosmerne struje na svojoj važnosti, pa se danas upotrebljavaju samo u posebnim situacijama, na primer za neke tehnološke procese i za električna vozila. Savremene električne mreže naizmenične električne struje većinom su trofazne. Na njih se mogu priključiti i jednofazni potrošači, ali tada električna mreža mora imati i neutralni (povratni) provodnik, pa se jednofazni potrošač priključuje između faznog i neutralnog provodnika.

Velike količine električne energije na velike udaljenosti prenose se dalekovodima uz visok električni napon. Prenosne električne mreže razvrstavaju se na mreže visokog napona, vrlo visokog napona ili najvišeg napona. U Evropi su prenosne mreže nazivnih električnih napona 110 kV, 220 kV i 400 kV. Osim njih, široku upotrebu u svetu imaju, među ostalima, i mreže nazivnih električnih napona 132 kV, 275 kV, 330 kV, 345 kV, 500 kV i 765 (750) kV, a u početnoj je fazi i uvođenje napona 1150/1200 kV (Rusija, Japan, SAD). Razdelne su mreže srednjonaponske (više od 1 kV do 45 kV) i niskonaponske (do 1 kV). U u razdelnim mrežama za javnu elektrifikaciju primenjuju srednji naponi od 10 kV, 20 kV, 35 kV i niski napon od 220/380 V u mrežama s 4 provodnika (3 fazna i 1 neutralni provodnik), gde je manja vrednost jednofazni napon, a veća vrednost nazivni međufazni ili linijski napon (u toku je prijelaz na 230/400 V). Za industrijske i slične mreže srednji su naponi 3 kV i 6 kV, a niski 1000 V, 500 V i 400/690 V. U terminologiji elektroprivrednih distribucijskih poduzeća pod mrežom visokog napona razumiju se sve razdelne mreže nazivnoga napona višeg od 1 kV.

Vodovi električne mreže postavljaju se nad zemljom (nadzemni vodovi) ili pod zemljom ili vodom (kablovski vodovi), pa mreže mogu biti nadzemne, podzemne ili podvodne (kabelske) i mešovite. Prema području koje pokrivaju razlikuju se: mesne mreže, za elektrifikaciju manjih naselja, obično izvedene kao nadzemne niskonaponske mreže; gradske mreže, obično kao kombinacije niskonaponske i srednjonaponske, a kod većih gradova i visokonaponske mreže, i to najvećim delom izvedene kao kabalske; područne mreže (potprenosne mreže), za razdeobu električne energije na nekom većem području do pojedinih mesnih ili gradskih mreža i velikih potrošača (industrije), redovno izvedene kao srednjonaponske i visokonaponske nadzemne mreže te zemaljske mreže, izvedene kao prenosne nadzemne mreže, a pokrivaju celo područje države.^[4]

Električni zakoni

Oscilatorno kolo: električni rezonantni sistem može biti predočen, na primer, serijskim oscilatornim kolom sastavljenim od idealnog induktiviteta L i idealnog kapaciteta C, gde oscilatorno kolo ne sadrži radne otpore koji bi uzrokovali gubitke energije. Ako se takvo oscilatorno kolo pobudi na oscilovanje, strujnim kolom će poteći struja kao odziv oscilatornog kola na pobudu.

Da bi projektovali električno kolo, inženjeri moraju biti sposobni da proračunaju vrednosti struja i napona u delovima kola. Linearna kola se mogu proračunati upotrebom kompleksnog računa. Postoji nekoliko električnih zakona za rešavanje električnih kola :

• Kirhofovi zakoni za jačinu struje: Suma svih struja koje ulaze u jedan čvor, mora biti jednaka sumi struja koje izlaze iz čvora.^[5][6]
• Kirhofovi zakoni za napon: Ukupan zbir svih električnih potencijala po zatvorenoj električnoj konturi mora biti jednak nuli.
• Omov zakon: kaže da, ukoliko se na otporniku otpornosti jedan om pojavi pad napona od jedan volt, jačina struje je jedan amper.^[7][8]
• Nortonova teorema: U kolima se naponski i strujni izvori zamenjuju idealnim strujnim izvorom napajanja i otpornikom u paraleli.^[9][10]
• Tevenenova teorema: U kolima se naponski i strujni izvori zamenjuju idealnim naponskim izvorom napajanja i otpornikom vezanim na red.^[11][12]

Drugi, dosta teži zakoni se koriste za rešavanje električnih kola koja u sebi sadrže ne linearne elemente.

Omov zakon

Glavni članak: Omov zakon

Omov zakon (nazvan po nemačkom fizičaru Georgu Simonu Omu) je zakon prema kojemu je jačina električne struje I u električnom provodniku, pri konstantnoj temperaturi, određena kao odnos električnog napona U koji stvara električnu struju i električnog otpora R:

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

I ostali oblici tog oblika zakona takođe se nazivaju po Omu:

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

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

${\displaystyle I=U\cdot G}$

gde je:

• I - jačina električne struje kroz strujno kolo u amperima (A);
• U - električni napon izvora u voltima (V);
• R - ukupan električni otpor strujnog kola (otpor potrošača + otpor električnih vodova + unutarnji otpor izvora struje) u omima (Ω). Om se može napisati i kao volt/amper (V/A).
• G - električna provodljivost, pa i neki izvedeni oblici, na primer za provodnike pri različitim temperaturama.

Omov zakon je jedan od temeljnih zakona elektrotehnike. Omov zakon vredi za metale i provodne rastvore. Takvi se provodnici zovu omskim provodnicima. Za neke materijale Omov zakon ne vredi a takvi se provodnici zovu neomski.

Izvori

1. Jugoslav Karamarković, Fizika (str. 174), Univerzitet u Nišu, 2005.
2. Električni strujni krug, "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.
3. Piroćanac. Osnove elektrotehnike 1. Zavod za udžbenike i nastavna sredstva. str. 50. ISBN 86-17-01693-0.
4. Električna mreža, "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.
5. Athavale, Prashant. „Kirchoff's current law and Kirchoff's voltage law”. Johns Hopkins University. Pristupljeno 6. 12. 2018.
6. „The Feynman Lectures on Physics Vol. II Ch. 22: AC Circuits”. www.feynmanlectures.caltech.edu. Pristupljeno 6. 12. 2018.
7. Consoliver, Earl L. & Mitchell, Grover I. (1920). Automotive ignition systems. McGraw-Hill. str. 4.
8. Robert A. Millikan; E. S. Bishop (1917). Elements of Electricity. American Technical Society. str. 54.
9. Brittain, J.E. (mart 1990). „Thevenin's theorem”. IEEE Spectrum 27 (3): 42. DOI:10.1109/6.48845. Pristupljeno 1. 2. 2013.
10. Chandy, K. M.; Herzog, U.; Woo, L. (januar 1975). „Parametric Analysis of Queuing Networks”. IBM Journal of Research and Development 19 (1): 36–42. DOI:10.1147/rd.191.0036.
11. Brenner, Egon; Javid, Mansour (1959). „Chapter 12 - Network Functions”. Analysis of Electric Circuits. McGraw-Hill. pp. 268–269.
12. Brittain, J.E. (mart 1990). „Thevenin's theorem”. IEEE Spectrum 27 (3): 42. DOI:10.1109/6.48845. Pristupljeno 1. 2. 2013.

Povezano

• Elektronsko kolo
• Kirchhoffovi zakoni električnog kola

Vanjske veze

Električno kolo na Wikimedijinoj ostavi