Električna struja je usmjerenogibanjenabijenih čestica.[1][2] Umetalima te čestice suelektroni, upoluvodičima struju čine elektroni i šupljine, uelektrolitima su to pozitivni i negativniioni, uplazmi elektroni i ioni, a usupravodičima parovi elektrona. Do ovakvog gibanja naboja dolazi ili zbog utjecajaelektromagnetskog polja ili zbog nejednakih koncentracija naboja. Električna struja je neravnotežno stanje materije takvo da je na izvoru struje energija naboja u prosjeku viša od prosječne energije u njenom ponoru. Ovakva razlika stvara se na polovimabaterija zbogelektrokemijskih procesa na njihovimelektrodama, uelektričnim generatorima zbog utjecaja promjenjivog magnetskog polja na naboje u njihovim zavojnicama, ufotoćelijama zbog učinaka svjetlosti na tvari, a na dvama krajevimatermoelektrika zbog razlike u populaciji elektronskih stanja uzrokovane razlikom u temperaturi.
Kada se električni vodič priključi na polove ovakvih izvora promijeni se i energija naboja na njegovim krajevima te vodičem poteče struja. Ona je to veća što je veći generiraninapon, odnosno što je razlika električnih potencijala dvaju polova izvora veća. Ako bi se električna struja zamišljala kad tok tekućine u cijevima, tada bi se izvor struje moglo zamišljati kao pumpu koja tekućini povećava energiju dižući je uvis. Često se kaže da je uzrok gibanju elektrona u vodičimaelektromotorna sila (EMS), to jest onasila koja stvara razliku električnih potencijala, ili električni napon. Dok god je izvor u mogućnosti održavati stalni električni napon na svojim polovima uelektričnom vodiču teče stalna električna struja. Onaj pol izvora struje koji ima višielektrični potencijal označava se plusom (+), a pol koji ima niži potencijal minusom (−). Izvori kojima su priključci uvijek istoga pola dajuistosmjernu struju i nazivaju se istosmjernim izvorima. Oni izvori koji struju tjeraju čas u jednom, čas u drugom smjeru nazivaju se izmjeničnima, a takva strujaizmjeničnom strujom.[3]
Budući da bi u vodiču koji je samo jednim krajem vezan za istosmjerni izvor brzo došlo do preraspodjele naboja koji bi priječio svako dalje protjecanje, vodiči se u pravilu spajaju u zatvorenistrujni krug, od jednog do drugog pola izvora. Za otvaranje i zatvaranje strujnih krugova služe različitiprekidači ilisklopke. Otvori li se strujni krug, elektromotorna sila će i dalje tjerati elektrone, pa će na negativnom polu nastati suvišak, a na pozitivnome manjak elektrona. Između polova vladat će, dakle, napeto stanje koje se zoveelektrični napon ili električna napetost. Izmjenične struje se ponašaju drugačije, pa mogu teći i vodičima koji su prekinuti izolatorima u elementima krugova poputelektričnih kondenzatora, te uradioantenama.
U vodičima, elektroni struje od mjesta gdje im je energija viša prema mjestu gdje je ona manja, to jest smjerom koji je suprotan smjeru električnog polja—od negativnog prema pozitivnom polu. Taj se smjer zove elektronski smjer. Međutim se uelektrotehnici obično uzima protivni smjer kao smjer toka struje, onaj od pozitivnog prema negativnom polu. Taj se smjer zove tehnički smjer. Ovakav smjer struje bio je usvojen još onda kada se nije znalo za elektrone. U stručnoj literaturi smjer se nije promijenio do danas jer bi se zbog toga morale mijenjati izvjesne definicije usvojene uelektrotehnici. Najobičnija jeistosmjerna struja koja teče uvijek u istom smjeru i ne mijenja naglo svoju jakost. No danas se mnogo više upotrebljavaizmjenična struja koja neprestano mijenja jakost i svoj smjer.
Jakost električne struje iliintenzitet električne struje (oznakaI) mjeri se kao brzina toka električnog naboja vodičem. Za stalne struje ona se određuje kaokoličina nabojaQ koji prođe kroz poprečni presjekelektričnog vodiča uvremenskom intervalut,
Ako je struja nestalna pa u različitim intervalima vodičem prolaze različite količine naboja, za njenu trenutnu jakost se uzima derivacija količine proteklog naboja po vremenu,
Električna struja ima jakost od 1 amper (A), ako u 1 s (sekundi) kroz neki presjek (električnog vodiča) proteče količina elektriciteta od 1 C (kulona). Iz navedenog izraza proizlazi da je:
Osim ampera upotrebljava se još 1 kA (kiloamper) = 103 A; 1 mA (miliamper) = 10-3 A; 1 μA (mikroamper) = 10-3 mA = 10-6 A.Mjerni instrument za mjerenje jakosti električne struje naziva seampermetar, a za mjerenjeelektričnog naponavoltmetar.
Uzrokom električnog strujanja smatra seelektrično polje stvoreno električnim naponom što ga imaju električni izvori na svojim stezaljkama, a kao smjer djelovanja električnog polja odabran je onaj smjer u kojem polje djeluje silom na pozitivnielektrični naboj. Zato se kao smjer električne struje uzima onaj smjer u kojem se gibaju pozitivni električni naboji. Budući da je električna struja u metalnim vodičima ostvarena gibanjem elektrona, to se ovdje elektroni doista gibaju u suprotnome smjeru od dogovorenog smjera struje. Međutim, u pogledu magnetskog učinka električne struje, koji je među svim njezinim učincima najvažniji, svejedno je da li se pozitivni naboji gibaju u jednome smjeru ili negativni u suprotnome. Ostali su osnovni učinci električne struje: toplinski (to jest proizvodnjatopline uelektričnom otporu kroz koji prolazi struja iliJouleova toplina) i kemijski (to jest razdvajanjeelektrolita pri prolazu struje ilielektrolitska disocijacija).
Ohmov zakon je jedan od temeljnih zakonaelektrotehnike. Ohmov zakon vrijedi zametale ivodljive otopine. Takvi se vodiči zovu omski vodiči. Za neke materijale Ohmov zakon ne vrijedi a takvi se vodiči zovu neomski.
Pri promjenljivom strujanju električnog naboja struja je promjenljiva, a njezine vrijednosti mogu se za svaki trenutak vremena saznati ako je poznat grafički prikaz tih promjena ukoordinatnome sustavu (i,t) ili ako je zadan analitički izrazi = f (t) promjene struje s vremenom. Od svih promjenljivih struja najveću važnost za elektrotehniku imajuperiodično promjenljive struje, a to su one kod kojih se promjene stalno ponavljaju u određenim vremenskim razmacima ili intervalima. Trajanje jedne potpune promjene zove seperiod i označuje se slovomT. Ako periodično promjenljiva struja mijenja osim jakosti još i smjer, naziva seizmjeničnom strujom. Osim periodomT može se promjenljivost izmjeničnih struja označiti i brojemtitraja u jednoj sekundi i taj se broj nazivafrekvencijom izmjenične strujef:
Budući da se svaka periodično promjenljiva struja može, premaFourierovu pravilu, rastaviti u niz komponenata, to je za proučavanje izmjeničnih struja vrlo bitno poznavanje zakona kojima podliježesinusoidna izmjenična struja. Analitički je izraz za sinusoidnu izmjeničnu strujui:
Trofazna struja je sustav trijusinusoidno promjenljivih struja koje su vremenski jedna prema drugoj fazno pomaknute za 1/3periode.
Izmjenična struja koja teče jednim zatvorenimstrujnim krugom često se nazivajednofaznom, kako bi se istaknula razlika premavišefaznim strujama. Od svih višefaznih struja najveću važnost ima u općojelektrifikaciji trofazna struja. Trofazna je struja sustav triju sinusoidno promjenljivih struja koje su vremenski jedna prema drugoj fazno pomaknute za 1/3 periode, što u grafičkom prikazu odgovara faznomukutu od 120°. Prema tome to nije jedna, nego su to tri struje koje se uelektričnom generatoru zajednički proizvode,dalekovodom zajednički prenose i predaju potrošačima.
Začovjeka je opasna električna struja jača od 20 mA, pri čemu se u dodiru električne struje i čovjekovog tijela javlja toplinsko (opekotine), mehaničko (na mjestima ulaska i izlaska struje dolazi do razaranja tkiva), kemijsko (rastavlja krvnu plazmu), biološko djelovanje (stezanjemišića, paralizasrca ipluća). Električna struja najviše djeluje na ulazu i izlazu struje iz tijela gdje dolazi do najvećihopekotina i razaranjatkiva, dok je najopasnije po život čovjeka ako se strujni krug zatvori krozsrce.
