Čo je to striedavá a jednosmerná elektrina?

Dnešní vedci chápu elektrinu ako jeden z najzákladnejších javov v prírode. Elektrické impulzy neustále prechádzajú celým našim telom a dokonca aj samotná záležitosť nášho sveta je držaná pohromade elektrickými nábojmi. Napriek tomu bolo stále potrebné objavovať elektrinu a o tom, kto to urobil ako prvý, sa vedú polemiky.

Objaviteľom mohol byť anglický lekár William Gilbert, ktorý ako prvý použil slovo „electricus“ v roku 1600. Môže to byť tiež anglický vedec Thomas Browne, ktorý o pár rokov neskôr vytvoril slovo „elektrina“.

Američania radi veria, že to bol vynálezca Benjamin Franklin, ktorý v roku 1752 dokázal, že blesk je elektrina. Existujú dokonca dôkazy, ktoré ukazujú, že starí Gréci a Peržania vedeli o elektrine. Ktokoľvek získa cenu, je to istá stávka, že objavil jednosmerný prúd (jednosmerný prúd). Elektrina na striedavý prúd (striedavý prúd) prišla až v 19. storočí.

Vedci vizualizujú elektrinu ako tok negatívne nabitých častíc nazývaných elektróny. Sú to rovnaké častice, ktoré obiehajú okolo jadier všetkých atómov, ktoré tvoria hmotu.

Dva základné zákony o elektrine spočívajú v tom, že protiklady priťahujú a majú radi odpudzovanie. V dôsledku toho budú elektróny prúdiť k pozitívnemu terminálu a od záporného. Tok tečie iba jedným smerom a intenzita toku alebo prúd závisí od rozdielu v náboji medzi týmito dvoma svorkami. Tento rozdiel predstavuje napätie medzi svorkami.

Pri absencii externého vstupu sa elektróny hromadia na kladnej svorke a znižujú potenciálny rozdiel medzi týmito dvoma svorkami a nakoniec sa tok zastaví.

Asi najznámejším príkladom toku jednosmerného prúdu je úder blesku. Skutočným úspechom Benjamina Franklina bolo dokázanie, že blesk je elektrický jav. Franklin v búrke preletel šarkana a na šnúru draka pripevnil kľúč. Keď sa kľúč elektricky nabil a mierne ho šokoval, bol povznesený. Dokázal, že elektrický náboj sa hromadí v oblakoch a že blesk je výboj tejto elektrickej energie v okamihovom záblesku jednosmerného prúdu.

Batéria je ďalším bežným zdrojom jednosmerného prúdu. Skladá sa z dvojice opačne nabitých svoriek, a keď svorky spojíte vodičom, elektrina prúdi zo zápornej svorky (katóda) do kladnej (anóda).

Rozdiel v nabití batérie je zvyčajne zabezpečený chemickým procesom v jej jadre a tento proces môže pokračovať iba obmedzenú dobu. Ak stále napájate batériu, nakoniec prestane produkovať náboj a vybije sa.

Anglický fyzik Michael Faraday objavil elektromagnetickú indukciu v roku 1831, keď zistil, že on by mohol generovať elektrický prúd v cievke vodivého drôtu pohybom magnetu tam a späť vo vnútri cievka.

Dôležité je, že Faraday poznamenal, že prúd zmenil smer vždy, keď zmenil smer magnetu. Francúzsky výrobca nástrojov Hippolyte Pixii použil tento objav na výrobu prvého generátora striedavého prúdu v roku 1832.

Elektrickú energiu na striedavý prúd vždy vyrába indukčný generátor typu, ktorý postavil Pixii, aj keď moderné generátory sú oveľa sofistikovanejšie ako stroj Pixii. Generátor môže využívať rotujúce magnety alebo môže mať rotujúcu cievku, vždy však nejaké sú typ rotácie a doba rotácie určuje, ako často sa súčasné zmeny menia smer.

Pretože mení smer, striedavá elektrina má priradenú frekvenciu, čo je počet obrátení za sekundu.

Príklady elektrickej energie na striedavý prúd nemusíte hľadať ďaleko. Svetlá v miestnosti, v ktorej sedíte, rovnako ako klimatizácia, elektrický ohrievač a všetky spotrebiče, pracujú na striedavý prúd, ktorý sa generuje vo vašej miestnej elektrárni.

Väčšina elektrární používa na roztočenie turbíny paru generovanú fosílnymi palivami, štiepením jadra alebo geotermálnymi procesmi. Turbína generuje elektrickú energiu elektromagnetickou indukciou a rýchlosť otáčania je starostlivo regulovaná tak, aby produkovala elektrinu s pevnou frekvenciou. V Severnej Amerike je frekvencia 60 Hz (cyklov za sekundu), ale vo väčšine zvyšku sveta je to 50 Hz.

Veterné mlyny sú obnoviteľné zdroje energie, ktoré tiež vyrábajú elektrickú energiu na striedavý prúd, ale spoliehajú sa na to, že namiesto fosílnych palív alebo jadrového paliva budú svoje turbíny točiť vietor. Niektoré generátory vĺn majú tiež turbíny, ktoré vyrábajú striedavý prúd. Keď vlny stlačia hydraulický systém alebo kapsu uzavretého vzduchu, nahromadená energia sa použije na roztočenie turbíny.

V elektrifikovanom svete 21. storočia je ťažké si predstaviť čas, keď neexistovala elektrina, ale ten čas nebol veľmi dávno. Na konci 19. storočia bola žiarovka vynájdená, ale neexistoval spôsob, ako vyrobiť energiu a dostať ju do domovov, aby ľudia mohli nový vynález využívať.

Thomas Edison, ktorý pomáhal s vývojom a predajom žiaroviek, bol za sieť generátora jednosmerného prúdu stanice, zatiaľ čo Nikola Tesla, srbský vynálezca a bývalý zamestnanec spoločnosti Edison, uprednostnil AC generátory. Tesla zvíťazila a tu je niekoľko dôvodov:

• Pri napätiach potrebných na rozsiahle použitie elektriny sa môže striedavá elektrina prenášať ďalej pozdĺž elektrického vedenia s menším poklesom napätia. Keby Edison zvíťazil a jednosmerná elektrina by sa stala štandardom, museli by existovať elektrárne v okruhu jedného kilometra od seba. Na druhej strane Tesla dokázala napájať celé mesto Buffalo v New Yorku pomocou jediného indukčného generátora umiestneného pod Niagarskými vodopádmi.

• Výroba striedavého prúdu je lacnejšia. Hydroelektrický generátor, ako je napríklad generátor v Niagarských vodopádoch, môže vyrábať elektrinu prírodným procesom. Nie sú potrebné žiadne ďalšie vstupy.

• Napätie striedavého prúdu je možné meniť pomocou transformátora. V čase Tesly a Edisona to pri jednosmernom prúde nebolo možné. Dnes sú však k dispozícii transformátory, ktoré využívajú interné obvody alebo invertory na zmenu napätia jednosmerného prúdu.

Aj keď elektrina, ktorá prechádza elektrickým vedením, je striedavý prúd, elektronické zariadenie často vyžaduje jednosmerný prúd. V schéme zapojenia je symbolom jednosmerného prúdu priama čiara s tromi bodkami alebo čiarami pod ňou, zatiaľ čo pre striedavý prúd je to jediná vlnovka. Na premenu striedavého prúdu na jednosmerný používajú špecialisti na elektroniku zvyčajne obvodový komponent, ktorý sa nazýva dióda alebo usmerňovač. Prúd prechádza iba jedným smerom, čím vytvára pulzujúci jednosmerný signál zo zdroja striedavého prúdu.

Nástroj na premenu jednosmerného na striedavý prúd sa nazýva invertor. Používa tranzistory, čo sú súčasti obvodu, ktoré sa môžu veľmi rýchlo zapínať a vypínať, na usmernenie prúdu pozdĺž série obvodov cesty, ktoré účinne menia svoj smer cez dvojicu centrálnych terminálov, ktorá je časťou obvodu, ku ktorému pripájate AC naložiť. Invertory sa používajú v elektrických vozidlách. Používajú sa tiež vo fotovoltaických systémoch na premenu jednosmernej elektriny vyrobenej solárnymi panelmi na striedavý prúd na použitie v domácnosti.