Početna veličina slova
Kad pogledamo oko sebe vidjet ćemo da su predmeti oko nas izrađeni od mnoštva različitih materijala, kako umjetnih tako i prirodnih.
Navedite neke materijale koje vidite oko sebe. Znate li koji od njih provode električnu struju?
Plastika, drvo, staklo, guma u uobičajenim uvjetima ne provode električnu struju, dok električnu struju provode metali. Zbog toga su dijelovi uređaja kroz koje se provodi struja uvijek izrađeni od metala. Utikači također imaju metalne dijelove koji omogućavaju prolaz električne struje od utičnice do električnih uređaja poput televizora ili računala.
Vodič je svaka tvar koja dobro provodi električnu struju.
Vodič ili izolator?
Sastavite jednostavan strujni krug te u njega spojite još predmete od različitih materijala poput gume, papira, stakla, aluminija, drva, plastike i metala.
Podijelite ih u vodiče ili izolatore ovisno o tome svijetli li žaruljica kada ih spojite u strujni krug.
Provođenje struje možemo ilustrirati na sljedeći način. Vodič i izolator zamislite kao dvije cijevi. Izolator je gotovo prazna cijev, a vodič je cijelom duljinom ispunjen potpuno jednakim zbijenim kuglicama.
Gurnemo li kuglicu u prvu cijev, ona će ući u cijev, ali neće doći do druge kuglice, niti će izaći na drugom kraju. To se događa u izolatorima.
Ubacimo li kuglicu u drugu cijev, ona će svojim gibanjem pomaknuti sve kuglice za jedno mjesto i time će zadnja kuglica izaći s druge strane cijevi. Na taj način vodiči provode struju.
Vodiči imaju veliki broj slobodnih elektrona koji prenose struju, a izolatori ih imaju vrlo malo. Ta činjenica omogućuje provođenje električne struje.
Supravodiči su materijali koji izvrsno vode električnu struju, potpuno bez ikakvog otpora. Metali dobivaju supravodljiva svojstva tek nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule, To je problem jer je jako teško hladiti materijale na tako niske temperature. No otkrivene su slitine metala, s dodatcima i nekih drugih elementata, koje pokazuju supravodljiva svojstva na temepraturama od oko Takvi se materijali mogu hladiti tekućim zrakom, što je puno praktičnije. Danas se ulažu velika sredstva da bi se otkrili novi materijali koji bi mogli biti supravodiči na sobnim temperaturama.
Postoje materijali koji se ponašaju i kao vodiči i kao izolatori. Njih nazivamo poluvodičima. Poluvodiči su zanimljivi jer se njihova električna vodljivost može kontrolirati i mijenjati. Kombiniranjem dvaju ili više poluvodiča s malo različitim svojstvima možemo dobiti spoj koji propušta električnu struju samo u jednom smjeru ili samo pod određenim uvjetima. Poluvodiči imaju veliku primjenu u elektronici, računalima i mobilnim uređajima. Najpoznatiji pouvodič i onaj koji se najviše koristi je silicij.
Mnogi dobri vodiči električne struje su i dobri vodiči topline. Međutim što je veća temperatura vodiča, povećava se i njegovo opiranje provođenju električne struje.
Elektrolit je otopina soli, kiselina ili lužina koja provodi električnu struju.
Molekule soli, kiselina i lužina u vodenim otopinama se raspadaju na ione, električki nabijene atome ili molekule, čije gibanje u otopini stvara električnu struju.
Kemija u fizici
Elektrode su krajevi vodiča spojeni na jedan pol baterije te uronjeni u elektrolit.
Pozitivnu elektrodu nazivamo anoda jer je spojena na pozitivni pol baterije te prema njoj putuju anioni, negativni ioni koje ste već upoznali u kemiji. Negativnu elektrodu zovemo katoda jer prema njoj putuju pozitivni ioni, kationi te je spojena na negativni pol baterije.
Anoda i katoda, anioni i kationi - nekad je teško zapamtiti nove nazive koji dolaze u parovima. Zapamtite samo da postoji vodikov kation - jezgra vodikova atoma, odnosno pozitivno nabijeni proton. Kationi pozitivni, katoda negativna... i dalje je sve lako.
Destilirana voda ne provodi električnu struju jer je kemijska veza koja drži atome vodika i kisika u molekulama vode dovoljno jaka da se one same od sebe ne raspadaju na ione.
Pokušajte ponoviti pokus iz videa rabeći otopinu šećera umjesto soli. Hoće li otopina šećera voditi struju?
Pri uobičajenim atmosferskim uvjetima zrak je loš vodič električne struje. Što je veća vlaga u zraku, vođenje struje je bolje. Zimi, kad je zrak suh zbog grijanja, on slabo vodi struju pa nastaje iskrenje kad se približimo metalnim predmetima. U drugim godišnjim dobima zrak je vlažniji pa mala struja teče i prije nego što smo se približili metalu. Dok dođemo blizu, sva je struja već protekla pa neće nastati iskra.
Pojava iskrenja događa se za vrijeme oluja kad sijevaju munje. Unutar oblaka nalaze se kapljice voda i komadići leda. Tople struje zraka uzdižu ih, a sila teža ih privlači prema Zemlji. Čestice u oblaku postaju nabijene i s vremenom se razdvajaju pozitivni i negativni naboj. Pozitivno nabijene čestice putuju prema gornjem dijelu oblaka, a negativne prema donjem. Kad naboji postanu preveliki, a oblak preblizu tlu, nastane velika iskra. Dolazi do ionizacije zraka između tla i oblaka, slično kao u elektrolitu. Tako nastaje električki vodljiv put kojim se munja spušta do tla.
Gromobran služi da bi nas zaštitio za vrijeme oluja kada se u oblacima stvara golem električni naboj te on prolazi uskom prugom zraka do tla, uzrokujući bljesak.
Munje udaraju o visoke zgrade pa se na njih postavljaju gromobrani koji metalnom trakom provode taj naboj u zemlju pa zgrada ostaje neoštećena.
Benjamin Franklin, američki državnik i znanstvenik, prvi je utvrdio postojanje pozitivnog i negativnog elektriciteta te izumio gromobran. Bio je član američkog Kongresa i jedan od autora američke Deklaracije neovisnosti.
Tvari koje provode električnu struju nazivamo vodičima, a tvari koje ju ne provode izolatorima. Elektrolit je otopina soli, kiselina ili lužina koja provodi električnu struju. Elektrode su krajevi vodiča spojeni na polove baterije te uronjeni u elektrolit. Pozitivnu elektrodu, spojenu na pozitivan pol baterije, nazivamo anoda jer prema njoj putuju anioni, negativni ioni. Negativnu elektrodu, spojenu na negativan pol baterije, nazivamo katoda jer prema njoj putuju pozitivni ioni, kationi. Plinovi su loši vodiči električne struje, ali pod posebnim je uvjetima mogu voditi.
