Dnešní vědci chápou elektřinu jako jeden z nejzákladnějších jevů v přírodě. Elektrické impulsy neustále procházejí celým naším tělem a dokonce i samotná hmota našeho světa je držena pohromadě elektrickými náboji. Navzdory tomu bylo stále třeba objevovat elektřinu a existuje určitá diskuse o tom, kdo to udělal jako první.
Objevitelem mohl být anglický lékař William Gilbert, který jako první použil slovo „electricus“ v roce 1600. Mohl to být také anglický vědec Thomas Browne, který o několik let později vytvořil slovo „elektřina“.
Američané rádi věří, že to byl vynálezce Benjamin Franklin, který v roce 1752 dokázal, že blesk je elektřina. Existují dokonce důkazy, které ukazují, že staří Řekové a Peršané věděli o elektřině. Kdokoli získá cenu, je to jistá sázka, že objevil stejnosměrný proud (stejnosměrný proud). Střídavá elektřina (střídavý proud) přišla až v 19. století.
Co je stejnosměrná elektřina?
Vědci vizualizují elektřinu jako tok negativně nabitých částic nazývaných elektrony. Jsou to stejné částice, které obíhají kolem jader všech atomů, které tvoří hmotu.
Dva základní zákony elektřiny spočívají v tom, že protiklady přitahují a mají rádi odpuzování. V důsledku toho budou elektrony proudit směrem ke kladnému konci a od negativního. Tok teče pouze v jednom směru a síla toku nebo proudu závisí na rozdílu v náboji mezi oběma svorkami. Tento rozdíl je napětí mezi svorkami.
Při absenci externího vstupu se elektrony hromadí na kladném konci a sníží potenciální rozdíl mezi těmito dvěma terminály a nakonec se tok zastaví.
Příklady stejnosměrného proudu
Snad nejznámějším příkladem toku stejnosměrného proudu je úder blesku. Skutečným úspěchem Benjamina Franklina bylo dokázat, že blesk je elektrický jev. Franklin letěl draka v bouřce a připojil klíč k řetězci draka. Když se klíč stal elektricky nabitým a způsobil mu mírný šok, byl nadšený. Prokázal, že elektrický náboj se hromadí v oblacích a že blesk je výboj této elektrické energie v momentálním záblesku stejnosměrného proudu.
Baterie je dalším běžným zdrojem stejnosměrné elektřiny. Skládá se z dvojice opačně nabitých svorek, a když připojíte svorky vodičem, elektřina proudí ze záporné svorky (katoda) do kladné (anoda).
Rozdíl v nabití baterie je obvykle zajištěn chemickým procesem v jejím jádru a tento proces může pokračovat pouze po omezenou dobu. Pokud budete stále odebírat energii z baterie, nakonec přestane produkovat náboj a vybije se.
Co je střídavá elektřina?
Anglický fyzik Michael Faraday objevil elektromagnetickou indukci v roce 1831, když zjistil, že on by mohl generovat elektrický proud v cívce vodivého drátu pohybem magnetu tam a zpět uvnitř cívka.
Důležité je, že Faraday poznamenal, že proud změnil směr, kdykoli změnil směr magnetu. Francouzský výrobce nástrojů Hippolyte Pixii použil tento objev k sestavení prvního generátoru střídavého proudu v roce 1832.
Střídavá elektřina je vždy vyráběna indukčním generátorem typu postaveného společností Pixii, ačkoli moderní generátory jsou mnohem propracovanější než stroj Pixii. Generátor může využívat rotující magnety nebo může mít rotující cívku, ale vždy se nějaké vyskytnou typ rotace a období rotace určuje, jak často se aktuální změny směr.
Protože mění směr, střídavá elektřina má přidruženou frekvenci, což je počet otočení za sekundu.
Příklady střídavého proudu
Nemusíte hledat daleko, abyste našli příklady střídavé elektřiny. Světla v místnosti, ve které sedíte, stejně jako klimatizace, elektrický ohřívač a všechna zařízení, fungují na střídavý proud, který je generován ve vaší místní elektrárně.
Většina elektráren používá k roztočení turbíny páru generovanou fosilními palivy, štěpením jader nebo geotermálními procesy. Turbína generuje elektřinu elektromagnetickou indukcí a rychlost otáčení je pečlivě regulována tak, aby vyráběla elektřinu s pevnou frekvencí. V Severní Americe je frekvence 60 Hz (cyklů za sekundu), ale ve většině zbytku světa je to 50 Hz.
Větrné mlýny jsou obnovitelné zdroje energie, které také generují střídavou elektřinu, ale spoléhají na to, že jejich turbíny budou otáčet vítr místo fosilních paliv nebo jaderného paliva. Některé generátory vln mají také turbíny, které vyrábějí střídavý proud. Když vlny stlačují hydraulický systém nebo kapsu uzavřeného vzduchu, akumulovaná energie se používá k roztočení turbíny.
Rozdíly mezi AC a DC
V elektrifikovaném světě 21. století je těžké si představit dobu, kdy neexistovala elektřina, ale ta doba nebyla příliš dávno. Na konci 19. století byla žárovka vynalezena, ale neexistoval způsob, jak generovat energii a dostat ji do domácností, aby lidé mohli nový vynález používat.
Thomas Edison, který pomáhal vyvíjet a prodávat žárovky, byl pro síť generování stejnosměrného proudu stanice, zatímco Nikola Tesla, srbský vynálezce a bývalý zaměstnanec společnosti Edison, upřednostňoval AC generátory. Tesla zvítězil a zde jsou některé z důvodů:
- Při napětích nutných pro široké použití elektřiny může být střídavá elektřina přenášena dále podél elektrického vedení s menším poklesem napětí. Pokud by Edison zvítězil a stejnosměrná elektřina by se stala standardem, musely by existovat elektrárny v míli od sebe. Na druhou stranu Tesla dokázala napájet celé město Buffalo v New Yorku pomocí jediného indukčního generátoru umístěného pod Niagarskými vodopády.
- Výroba střídavého proudu je levnější. Hydroelektrický generátor, jako je ten v Niagarských vodopádech, může vyrábět elektřinu přirozeným procesem. Není potřeba žádný další vstup.
- Napětí střídavého proudu lze změnit transformátorem. V době Tesly a Edisona to u stejnosměrného proudu nebylo možné. Dnes jsou však k dispozici transformátory, které používají interní obvody nebo střídače ke změně napětí stejnosměrného proudu.
Změna AC na DC a zpět
Ačkoli elektrická energie procházející elektrickým vedením je střídavá, elektronická zařízení často vyžadují stejnosměrnou elektřinu. V schématu zapojení je symbolem stejnosměrného proudu přímka se třemi tečkami nebo čarami pod ní, zatímco pro střídavý proud je to jediná vlnovka. K převodu střídavého proudu na stejnosměrný používají odborníci na elektroniku obvykle součást obvodu zvanou dioda nebo usměrňovač. Prochází proud pouze v jednom směru, čímž vytváří pulzující stejnosměrný signál ze zdroje střídavého proudu.
Nástroj pro převod stejnosměrného na střídavý proud se nazývá střídač. Využívá tranzistory, které jsou součástmi obvodu, které se mohou velmi rychle zapínat a vypínat, k stejnosměrnému proudu v řadě obvodů cesty, které účinně mění svůj směr přes dvojici centrálních terminálů, což je část obvodu, ke kterému připojíte střídavý proud zatížení. Střídače se používají v elektrických vozidlech. Používají se také ve fotovoltaických systémech k přeměně stejnosměrné elektřiny generované solárními panely na střídavý proud pro použití v domácnosti.
