Hva er vekselstrøm og likestrøm?

Dagens forskere forstår elektrisitet som et av de mest grunnleggende fenomenene i naturen. Elektriske impulser løper kontinuerlig gjennom kroppene våre, og til og med selve saken i vår verden holdes sammen av elektriske ladninger. Til tross for dette måtte strøm fortsatt oppdages, og det er noe kontrovers angående hvem som var den første som gjorde dette.

Oppdageren kan ha vært den engelske legen William Gilbert, som var den første som brukte ordet "electricus" i år 1600. Det kan også ha vært den engelske forskeren Thomas Browne, som laget ordet "elektrisitet" noen år senere.

Amerikanere liker å tro at det var oppfinneren Benjamin Franklin, som beviste at lyn var strøm i 1752. Det er til og med bevis som viser at de gamle grekerne og perserne visste om elektrisitet. Den som får prisen, det er en sikker innsats at de oppdaget likestrøm (likestrøm). Vekselstrøm (vekselstrøm) kom ikke før på 1800-tallet.

Forskere visualiserer elektrisitet som strømmen av negativt ladede partikler som kalles elektroner. De er de samme partiklene som kretser rundt kjernene til alle atomene som utgjør materie.

De to grunnleggende lovene om elektrisitet er at motsetninger tiltrekker seg og liker frastøter som. Følgelig vil elektroner flyte mot en positiv terminal og vekk fra en negativ. Strømmen skjer bare i en retning, og strømmen eller strømmen avhenger av ladningsforskjellen mellom de to terminalene. Denne forskjellen er spenningen mellom terminalene.

I fravær av ekstern inngang vil elektronene akkumulere seg på den positive terminalen og redusere potensialforskjellen mellom de to terminalene, og til slutt vil strømmen stoppe.

Kanskje det mest kjente eksemplet på likestrømstrøm er et lynnedslag. Å bevise at lyn er et elektrisk fenomen var Benjamin Franklins virkelige prestasjon. Franklin fløy en drage i tordenvær og festet en nøkkel til dragestrengen. Da nøkkelen ble elektrisk ladet og ga ham et mildt støt, ble han oppstemt. Han hadde bevist at elektrisk ladning bygger seg opp i skyene, og at lyn er en utladning av denne elektriske energien i en øyeblikkelig likestrøm.

Et batteri er en annen vanlig kilde til likestrøm. Den består av et par motsatt ladede terminaler, og når du kobler terminalene til en leder, strømmer strøm fra den negative terminalen (katoden) til den positive (anoden).

Ladningsforskjellen i et batteri er vanligvis gitt av en kjemisk prosess i sin kjerne, og denne prosessen kan bare fortsette i en begrenset periode. Hvis du fortsetter å hente strøm fra et batteri, slutter det til slutt å produsere ladning og blir dødt.

Den engelske fysikeren Michael Faraday oppdaget elektromagnetisk induksjon i 1831 da han fant ut at han kunne generere en elektrisk strøm i en ledningstråd ved å bevege en magnet frem og tilbake inne i Spole.

Avgjørende var at Faraday bemerket at strømmen endret retning når han endret retningen til magneten. Den franske instrumentprodusenten Hippolyte Pixii brukte denne oppdagelsen til å bygge den første vekselstrømsgeneratoren i 1832.

Vekselstrøm produseres alltid av en induksjonsgenerator av typen bygget av Pixii, selv om moderne generatorer er langt mer sofistikerte enn Pixiis maskin. Generatoren kan bruke roterende magneter, eller den kan ha en roterende spole, men det er alltid noen involvert rotasjonstype, og rotasjonsperioden definerer hvor ofte strømmen endres retning.

Fordi det endrer retning, har vekselstrøm en tilhørende frekvens, som er antall ganger per sekund den reverserer.

Du trenger ikke se langt for å finne eksempler på vekselstrøm. Lysene i rommet du sitter i, samt klimaanlegg, elektrisk ovn og alle apparater, går på vekselstrøm, som genereres på det lokale kraftstasjonen.

De fleste kraftstasjoner bruker damp generert av fossilt brensel, kjernefysisk fisjon eller geotermiske prosesser for å spinne en turbin. Turbinen genererer elektrisitet ved elektromagnetisk induksjon, og rotasjonshastigheten styres nøye for å produsere elektrisitet med en fast frekvens. I Nord-Amerika er frekvensen 60 Hz (sykluser per sekund), men i det meste av resten av verden er det 50 Hz.

Vindmøller er fornybare energikilder som også genererer vekselstrøm, men de stoler på at vinden spinner turbinene i stedet for fossilt brensel eller kjernefysisk drivstoff. Noen bølgeneratorer har også turbiner som produserer vekselstrøm. Når bølgene komprimerer et hydraulisk system eller en lomme med lukket luft, brukes den lagrede energien til å spinne en turbin.

I den elektrifiserte verden av det 21. århundre er det vanskelig å forestille seg en tid da det ikke var strøm, men den tiden var ikke så veldig lenge siden. På slutten av 1800-tallet hadde lyspæren blitt oppfunnet, men det var ingen måte å generere strøm og få den inn i hjemmene slik at folk kunne bruke den nye oppfinnelsen.

Thomas Edison, som var med på å utvikle og markedsføre lyspærer, var for et nettverk av DC-generering stasjoner, mens Nikola Tesla, en serbisk oppfinner og tidligere ansatt i Edison's, favoriserte AC generatorer. Tesla vant, og her er noen av grunnene:

• Ved de spenningene som er nødvendige for bruk i stor skala, kan vekselstrøm overføres videre langs kraftledninger med mindre spenningsfall. Hvis Edison hadde seiret, og likestrøm hadde blitt standarden, måtte det ha vært kraftstasjoner innen en kilometer fra hverandre. Tesla var derimot i stand til å drive hele byen Buffalo, New York, med en enkelt induksjonsgenerator plassert under Niagara Falls.

• Produksjon av vekselstrøm er billigere. En vannkraftgenerator som den ved Niagara Falls kan skape strøm fra en naturlig prosess. Ingen andre innspill er nødvendig.

• Spenningen på vekselstrøm kan endres med en transformator. På tidspunktet for Tesla og Edison var dette ikke mulig med likestrøm. I dag er det imidlertid tilgjengelige transformatorer som bruker interne kretsløp eller omformere for å endre spenningen til likestrøm.

Selv om strømmen som kommer gjennom kraftlinjene er vekselstrøm, krever elektronikkutstyr ofte likestrøm. I et kretsskjema er likestrømsymbolet en rett linje med tre prikker eller linjer under, mens det for vekselstrøm er en enkelt bølget linje. For å konvertere vekselstrøm til likestrøm bruker elektronikkspesialister vanligvis en kretskomponent som kalles en diode eller likeretter. Den sender bare strøm i en retning, og skaper dermed et pulserende DC-signal fra en vekselstrømskilde.

Verktøyet for å konvertere DC til vekselstrøm kalles en inverter. Den bruker transistorer, som er kretskomponenter som kan slå seg av og på veldig raskt, for å jevne strøm langs en serie kretser stier som effektivt endrer retning over et par sentrale terminaler, som er den delen av kretsen du kobler til vekselstrømmen til laste. Vekselrettere brukes i elektriske kjøretøyer. De brukes også i solcelleanlegg for å konvertere likestrøm generert av solcellepaneler til vekselstrøm for bruk i hjemmet.