Kaj je izmenična in enosmerna elektrika?

Današnji znanstveniki razumejo elektriko kot enega najbolj temeljnih pojavov v naravi. Električni impulzi nenehno tečejo po naših telesih in tudi sam material našega sveta držijo skupaj električni naboji. Kljub temu je bilo treba še vedno odkriti elektriko in obstaja nekaj polemik glede tega, kdo je to prvi storil.

Odkritelj je bil morda angleški zdravnik William Gilbert, ki je prvi uporabil besedo "electricus" leta 1600. Morda je bil to tudi angleški znanstvenik Thomas Browne, ki je nekaj let kasneje skoval besedo "elektrika".

Američani radi verjamejo, da je bil izumitelj Benjamin Franklin leta 1752 dokazal, da je strela elektrika. Obstajajo celo dokazi, da so stari Grki in Perzijci vedeli za elektriko. Kdor dobi nagrado, je gotovo, da je odkril enosmerni tok (enosmerni tok). Napajalna elektrika (izmenični tok) je nastopila šele v 19. stoletju.

Znanstveniki predstavljajo elektriko kot pretok negativno nabitih delcev, imenovanih elektroni. So enaki delci, ki krožijo okoli jeder vseh atomov, ki sestavljajo snov.

Dva temeljna zakona električne energije sta, da se nasprotja privlačita in všeč odbijata podobne. Posledično bodo elektroni tekli proti pozitivnemu koncu in stran od negativnega. Pretok poteka samo v eno smer, moč pretoka ali tok pa je odvisna od razlike v polnjenju med obema priključkoma. Ta razlika je napetost med terminali.

V odsotnosti zunanjega vhoda se bodo elektroni kopičili na pozitivnem terminalu in zmanjšali potencialno razliko med obema terminaloma, sčasoma pa se bo tok ustavil.

Morda najbolj znan primer toka enosmernega toka je udar strele. Dokaz, da je strela električni pojav, je bil resničen dosežek Benjamina Franklina. Franklin je v nevihti letel z zmajem in na vrvico zmajev pritrdil ključ. Ko se je ključ električno napolnil in ga rahlo udaril, je bil navdušen. Dokazal je, da se v oblakih kopiči električni naboj in da je strela razelektritev te električne energije v trenutnem blisku enosmernega toka.

Baterija je še en pogost vir enosmerne električne energije. Sestavljen je iz para nasprotno nabitih sponk in ko priključke priključite s prevodnikom, elektrika teče z negativnega terminala (katoda) na pozitivnega (anoda).

Razliko v napolnjenosti akumulatorja običajno zagotavlja kemijski postopek v njegovem jedru in ta postopek se lahko nadaljuje le omejen čas. Če še naprej črpate energijo iz baterije, ta sčasoma preneha proizvajati naboj in izgine.

Angleški fizik Michael Faraday je leta 1831 odkril elektromagnetno indukcijo, ko je ugotovil, da je lahko generira električni tok v tuljavi prevodne žice s premikanjem magneta naprej in nazaj znotraj tuljava.

Bistveno je, da je Faraday opozoril, da je tok spreminjal smer, kadar koli je spreminjal smer magneta. Francoski proizvajalec instrumentov Hippolyte Pixii je to odkritje uporabil za izdelavo prvega generatorja izmeničnega toka leta 1832.

Električno energijo izmenično vedno proizvaja indukcijski generator, kakršnega je zgradil Pixii, čeprav so sodobni generatorji veliko bolj dovršeni kot Pixiijev stroj. Generator lahko uporablja vrtljive magnete ali pa ima vrtljivo tuljavo, vendar jih vedno obstaja vrsto rotacije, obdobje rotacije pa določa, kako pogosto se tok spreminja smer.

Ker spreminja smer, ima izmenična elektrika povezano frekvenco, to je število ponovitev v sekundo.

Da bi našli primere izmenične elektrike, vam ni treba iskati daleč. Luči v sobi, v kateri sedite, pa tudi klimatska naprava, električni grelnik in vse naprave, delujejo na izmenični tok, ki ga ustvarja vaša lokalna elektrarna.

Večina elektrarn za vrtenje turbine uporablja paro, ki jo ustvarjajo fosilna goriva, jedrska cepitev ali geotermalni procesi. Turbina proizvaja električno energijo z elektromagnetno indukcijo in hitrost vrtenja je skrbno urejena za proizvodnjo električne energije s fiksno frekvenco. V Severni Ameriki je frekvenca 60 Hz (ciklov na sekundo), v večini preostalega sveta pa 50 Hz.

Vetrnice so obnovljivi viri energije, ki proizvajajo tudi izmenično električno energijo, vendar se zanašajo na veter, da vrtijo svoje turbine namesto fosilnih goriv ali jedrskega goriva. Nekateri generatorji valov imajo tudi turbine, ki proizvajajo izmenično moč. Ko valovi stisnejo hidravlični sistem ali žep zaprtega zraka, se shranjena energija porabi za vrtenje turbine.

V elektrificiranem svetu 21. stoletja si težko predstavljamo čas, ko ni bilo elektrike, a ta čas še ni bil zelo dolgo nazaj. Konec 19. stoletja je bila žarnica izumljena, vendar ni bilo mogoče ustvariti moči in jo spraviti v domove, da bi ljudje lahko uporabili nov izum.

Thomas Edison, ki je pomagal pri razvoju in trženju žarnic, je bil naklonjen omrežju, ki proizvaja DC postajah, medtem ko je Nikola Tesla, srbski izumitelj in nekdanji Edisonov zaposleni, favoriziral AC generatorji. Tesla je zmagal in tukaj je nekaj razlogov:

• Pri napetostih, potrebnih za široko porabo električne energije, se lahko električna energija izmeničnega toka še naprej prenaša po daljnovodih z manj padca napetosti. Če bi Edison prevladoval in bi električna energija z enosmernim tokom postala standard, bi morale biti elektrarne oddaljene približno eno miljo drug od drugega. Po drugi strani pa je Tesla z enim indukcijskim generatorjem, nameščenim pod Niagarskim slapom, lahko napajal celotno mesto Buffalo v New Yorku.

• Proizvodnja električne energije izmeničnega toka je cenejša. Hidroelektrični generator, kot je tisti na Niagarskih slapovih, lahko ustvari elektriko iz naravnega procesa. Drugi vnos ni potreben.

• Napetost izmenične napetosti je mogoče spremeniti s transformatorjem. V času Tesle in Edisona pri enosmernem toku to ni bilo mogoče. Danes pa so na voljo transformatorji, ki uporabljajo notranje vezje ali pretvornike za spreminjanje napetosti enosmernega toka.

Čeprav je električna energija, ki prihaja skozi daljnovode, izmenična, elektronska oprema pogosto zahteva enosmerno elektriko. V shemi vezja je simbol enosmernega toka ravna črta s tremi pikami ali črtami pod njim, medtem ko je za izmenični tok ena valovita črta. Za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni strokovnjaki elektronike običajno uporabljajo komponento vezja, imenovano dioda, ali usmernik. Tok prenaša samo v eno smer, s čimer ustvarja utripajoč enosmerni signal iz vira izmeničnega toka.

Orodje za pretvorbo enosmernega v izmenični tok se imenuje pretvornik. Uporablja tranzistorje, ki so sestavni deli vezja, ki se lahko zelo hitro vklopijo in izklopijo, da usmerjajo tok po vrsti vezja poti, ki učinkovito spremeni svojo smer čez par osrednjih terminalov, ki je del vezja, na katerega priključite izmenični tok obremenitev. Pretvorniki se uporabljajo v električnih vozilih. Uporabljajo se tudi v fotovoltaičnih sistemih za pretvorbo enosmerne električne energije, ki jo proizvajajo sončni kolektorji, v izmenični tok za domačo uporabo.