Електроника 101: Прелазни процеси у електричним колима

- Драгане, прекини да се играш са тим прекидачем!

- А мама забавно је, аааа ааа

- Прекини, мислиће комшије да смо отворили дискотеку, дођи да једеш!

- А мамаааа нисам гладааан

-Долази вамо! Прегореће сијалица!

- Пустиии меее

 (сијалица преогорева)

-Дођи вамо сине, кад те мама моли...

 --- Censured ---

Вероватно смо овакве случајеве често виђали, или можда и учествовали у њима, ако не као прво лице, онда сигурно као друго. Да ли се некада запитамо шта се тачно овде дешава?? Мама из приче очигледно зна шта се десило, чим је рекла сину да прекине јер ће сијалица прегорети. Па, онда би и ми морали да знамо, јел тако? Не, мама највероватније нема појма шта се крије иза овог феномена. Али, да, била је управу (што је и емпиријски доказано). И сад, наравно, читаоче, кажеш у себи: Ок, шта је битно што је сијалица прегорела, нећу да се иживљавам над прекидачем и то је то. Шта си морао да пишеш чланак о томе?
Еееее ту је грешка! Кад видимо да флаша падне са ивице стола, шта закључимо? То је због гравитације! Тачно, јеј! Ал чек да ли онда важи: закон гравитације = закон падања флаша са ивица стола? Не бих рекао. Значи ако је сијалица прегорела услед неког феномена, тај феномен мора да буде присутан и у другим случајевима? Данас сијалица, сутра фејсбук опасне су то ствари, шта ако лаптоп прегори??

Паметан си ти, и вероватно си сад на основу овога закључио: Добро утиче и на друге ствари које раде на струју. What ever. 
Тееежаак фаул! Цццц, читаоче читаоче. Заборављаш да у природним наукама (супротно од менаџмента) сваки закон који важи за једну појаву се може како-тако пресликати на неку другу. Закон гравитације и Кулонов закон, шта рећи, иста релација са различитим константама. Све је повезано, и између многих наизглед не повезивих ствари се могу правити паралеле. -- Да, тако је, кључ универзума лежи у прегоревању сијалица. Добро није 100% баш тако, ал може да буде. Елем, не би ли овај феномен објашњавали у верзији Коридор 10 - Андромеда, остаћемо при тренутном огледу.

Стан' Милутине! За који месец настави, да не чује 

зло.  

Тако да, у циљу бољег разумевања тог опасног електричног система, осетљивог на комутације - сијалице и прекидача, кренимо редом!! 

Прекидач 

Прекидач отвара и затвара струјно коло. И шта имамо од тога? Па струја протиче кроз њега кад је затворен, а не протиче кад је отворен. У нашем случају сијалица од 100 W светли у случају А, а не светли у случају В. А колка је снага нашег прекидача? 10W? 15W? 178,34 W? Не, не, и не, нити можемо рећи да је снага сијалице 100W, нити да је снага прекидача нека од ових вредности овде. Формула за снагу у општем облику p=ui, нам открива сву мистерију иза овога. Колка је струја кад је прекидач отворен - 0. Колики је напон - максималан. Па колико је нека вредност помножена са нулом? Под предпоставком да одговор знате, погледајмо случај В. Колка је струја кад је прекидач затворен - максимална, нема куд више. А колки је напон на прекидачу? Па под предпоставком да није прављен од олова, износи негде количнику те струје, и отпору жице, што је приближно нула. Значи прекидач је снаге 0 (или бар приближно 0) ? Ее, слаб неки прекидач, немогуће да је нула? Наравно да је немогуће, као и што сијалица није од 100W. Правилно би било рећи: Снага на прекидачу у стационарним стањима износи приближно нула. Та ''стационарна'' (устаљена) стања су управо А и В. И колко на основу овога, можемо закључити да наш прекидач има стања? Ако сте помислили 3, на добром сте путу, пошто их има 4. Два стационарна стања, и два прелазна процеса између та два стања.  Па колко би била снага у тим прелазним процесима? Гледамо прелазни процес А-В, напон у стању А је максималан и треба да падне на нулу, а струја треба са нулте вредности да порасте на максималну. Снага за време трајања прелазног процеса, представља веома велику величину у поређењу са стационарном снагом. Исто важи и за прелазни процес В-А. Олакшавајућа околност је да је време преласка, између два стања далеко мање него време за које се прекидач налази у стационарном стању. Па што није прекидач прегорео у огледу? Па из простог разлога што је од бакра. Та снага која је настала, снага дисипације, је изгубљена, и бескорисна, она се по Џуловом закону p=r(i^2) претвара у топлоту. Пошто се ради о поприлично чврстом материјалу за ту снагу дисипације, као и о веома добром проводнику мале отпорности, прекидач засигурно није прегорео, али се зато до извесне мере угрејао. Што је од отпорнијег материјала направљена прекидачка склопка то је веће загревање, и већа дисипација, али зато је и генерално механички отпорнији сам прекидач, и не може доћи до ''преогоревања''.

Отпорна на пренапон, комутације и НАТО бомбе

Сијалица

Једном је један паметан човек рекао: ...нити можемо рећи да је снага сијалице 100W, нити да је снага прекидача нека од ових вредности овде (10; 15; 178,34 W). У складу с тим, и са ранијим изјавама истог, о универзалности закона у природним наукама, можемо закључити да феномен стационарних стања и прелазних процеса важи за све електричне компоненте. Па тако и за сијалицу! Све горе наведено у одељку прекидач, важи и за сијалицу. Сем, једне мале разлике. Снага сијалице, за време стационарног стања затвореног прекидача није нипошто једнака нули. Вредност те снаге је написана на самој сијалици, и важи за вредности струје и напона који се регулишу стандардима. У раније наведеном случају то је 100W. Али та снага треба да буде што мања, рекао си да је изгубљена и бескорисна?!  питаш се ти. Да, то је важило за прекидач, али овде је итекако корисна та снага. На овом принципу, дисипације, ради Едисонова сијалица. Проводник у сијалици, направљен од изузетно отпорног материјала - волфрама, се до те мере загреје да се напросто усија и вишак енергије емитује у виду фотона. Једини разлог зашто се не запали, је тај што у стакленом балону у ком се налази је вакуум, а самим тим нема кисеоника који би потпомогао сагоревање. С обзиром да тај вакуум није савршен, мали део топлоте успе да се пренесе, и самим тим сијалица и ваздух око ње постану врући након дужег трајања стационарног стања А (многи су ово више пута експериментално доказали, са јасним резултатима на кожи). Узимајући све ово у обзир, снага у прелазном процесу код сијалице, ће бити знатно већа од снаге у прелазном процесу код прекидача. Тако да у том малом тренутку, снага на нашој сијалици од 100W је све, само не 100W. Ово све је веома отежавајуће по нашу сијалицу. Бацити сијалицу од 100W, и седети у сумраку под сијалицом од 35 W - jедино решење. 

Имам тридесет и кусур ал' идаље ме желе

Не, иако економично, може бити нездраво, ово није директан разлог зашто је сијалица прегорела, прегоревање је последица отежавајућих околности...

Отежавајуће околности

Отежавајућа околност по сина Драгана, је та, што не живимо у XIX веку. Хвала Тесли, данас цео свет има струју јер је његовом асинхроном полифазном обртном електричном машином омогућена дистрибуција наизменичне електричне струје. Иако, већина уређаја у масовној употреби ради на једносмерном напону, неки изворно једносмерни уређаји, оцењени као мање битни, су одузети те части да имају исправљач, те они раде на наизменичној струји од 50 Hz. У том бастиону се налази и наш јунак - сијалица. Значи струја у сијалици се мења по синусном закону - Big deal. Е па јесте битно, и то би требао већ да си схватио. Ако ниси приметио, све величине су написане малим словима, јер то су - тренутне вредности. Јесте лагао сам кад сам рекао да је напон на крајевима прекидача у стању А, максималан, али је и то истина, за ефективну вредност. Када вршимо комутацију А-В напон на нашим крајевима може бити 0, негативан, максималан, максималан у негативном смеру, или било које вредности у оквиру синусне функције. Ово наравно важи и за прекидач, али опет- бакар, волфрам, велика разлика. Сијалица није толико издржљив систем као прекидач. Тако да ће за случај да је напон у тренутку непосредно пре комутације једнак максимуму тренутне вредности, последице комутације бити погубне за нашег јунака. То је и уједно разлог зашто сијалица понекад прегори само услед једне комутације - једноставно си малер и успео си да код струје фреквенције 50Hz убодеш максимум.

Извини Драгане сине, нисам 'тео

Универзалност

Па где сад ово може да се примени, ван електронике, какве везе сијалица има са било чим?

Ово представља један универзални закон - закон комутације. Комутација, прелазак, промена, из једног стања у друго, је мораш признати типична за многе ствари у животу. Погледајмо аутобусе ГСП-а, кад их гледамо са стране делује као да поприлично лако стоје на станици, стајање им није неки наручит проблем. Кад се 89 залети преко новог моста, поприлично олако га пређе. Па у којим тренутцима се види посрнулост Икарбуса? Па у времену кад пристаје на станицу, и кад треба да крене са ње. Налази се на ивици распада, а аудио-визуелни ефекти су ужасавајући, језа у очима путника није ни за BBC а стање на станици је апокалиптично. Погледајмо тебе сад, седиш ту као биљка, читаш ово, седење те и не замара нешто. Сад кад би устао, није нешто напорно стајање шта, исто се не помераш, напредовао си, сад си храст. Ал ти нећеш да устанеш, зато што да би се дигао ти требају надљудски напори, снага какве би се и прекидач Металка Мајур преплашио. Прелазни процеси покрећу свет.

О не! Опет ће да стане!!! Ја ћу прва да искачем, ти

изађи кад се прозор распадне.

Чекај бре, није мени лако да седим дуго, све ме боли, а и кад стојим у општини треба ми снаге да издржим свих 5 сати??!!  - Ееее мој читаоче, полако, ово је тек Електроника 101.