Данашњи научници електричну енергију схватају као један од најосновнијих феномена у природи. Електрични импулси непрестано се крећу кроз наша тела, па чак и сама материја нашег света држи се заједно електричним набојима. Упркос томе, електрична енергија је и даље морала бити откривена и постоје неке контроверзе око тога ко је први то учинио.
Откривач је можда био енглески лекар Виллиам Гилберт, који је први употребио реч „елецтрицус“ 1600. године. Можда је то био и енглески научник Томас Браун, који је неколико година касније сковао реч „електрицитет“.
Американци воле да верују да је проналазач Бењамин Франклин доказао да је гром електрична енергија 1752. године. Постоје чак и докази који показују да су стари Грци и Перзијанци знали за електричну енергију. Ко год добије награду, сигурно је да је открио једносмерну струју (једносмерну струју). Наизменична струја (наизменична струја) се појавила тек у 19. веку.
Шта је једносмерна струја?
Научници визуализују електричну енергију као ток негативно наелектрисаних честица званих електрони. То су исте честице које круже око језгара свих атома који чине материју.
Два основна закона електричне енергије су да супротности привлаче и воле одбијају сличне. Према томе, електрони ће тећи према позитивном терминалу и од негативног. Проток се одвија само у једном смеру, а јачина протока, односно струје, зависи од разлике у наелектрисању између два терминала. Ова разлика је напон између стезаљки.
У недостатку спољног улаза, електрони ће се акумулирати на позитивном терминалу и смањити потенцијалну разлику између два терминала и на крају ће проток престати.
Примери једносмерне струје
Можда најпознатији пример протока једносмерне струје је удар грома. Доказати да је муња електрични феномен било је право достигнуће Бењамина Франклина. Франклин је летео змајем у грмљавинској олуји и закачио кључ за низ змајева. Када се кључ наелектризирао и задао му благи шок, био је усхићен. Доказао је да се електрични набој накупља у облацима и да је муња пражњење ове електричне енергије у тренутном бљеску једносмерне струје.
Батерија је још један уобичајени извор једносмерне струје. Састоји се од пара супротно наелектрисаних стезаљки, а када терминале повежете проводником, струја тече од негативног терминала (катоде) до позитивног (анода).
Разлику наелектрисања у батерији обично даје хемијски процес у њеном језгру и овај процес се може наставити само ограничено време. Ако непрестано црпите енергију из батерије, она на крају престаје да производи пуњење и нестаје.
Шта је наизменична струја?
Енглески физичар Мицхаел Фарадаи открио је електромагнетну индукцију 1831. године када је открио да он могао генерисати електричну струју у калему проводне жице померајући магнет напред и назад унутар калем.
Кључно је што је Фарадаи приметио да је струја мењала правац кад год је променио смер магнета. Француски произвођач инструмената Хипполите Пикии искористио је ово откриће за изградњу првог генератора наизменичне струје 1832. године.
Електричну наизменичну струју увек производи индукциони генератор типа који је направио Пикии, иако су модерни генератори много софистициранији од Пикиијеве машине. Генератор може да користи ротирајуће магнете или може да има ротирајућу завојницу, али увек их има тип ротације који је укључен, а период ротације дефинише колико често се струја мења правац.
Будући да мења смер, електрична енергија наизменичне струје има придружену фреквенцију, што је број окретаја у секунди.
Примери наизменичне струје
Не морате да тражите далеко да бисте пронашли примере наизменичне струје. Светла у соби у којој седите, као и клима уређај, електрични грејач и сви уређаји, раде на наизменичну струју која се генерише у вашој локалној електрани.
Већина електрана користи пару генерисану фосилним горивима, нуклеарном цепањем или геотермалним процесима за вртњу турбине. Турбина генерише електричну енергију електромагнетном индукцијом и брзином ротације се пажљиво управља како би се произвела електрична енергија са фиксном фреквенцијом. У Северној Америци фреквенција је 60 Хз (циклуса у секунди), али у већини остатка света износи 50 Хз.
Ветрењаче су обновљиви извори енергије који такође генеришу наизменичну електричну енергију, али се ослањају на ветар који ће окретати њихове турбине уместо фосилних горива или нуклеарног горива. Неки генератори таласа такође имају турбине које производе наизменичну струју. Када таласи стисну хидраулични систем или џеп затвореног ваздуха, ускладиштена енергија користи се за окретање турбине.
Разлике између АЦ и ДЦ
У наелектрисаном свету 21. века тешко је замислити време када није било струје, али то време није било тако давно. Крајем 19. века сијалица је изумљена, али није било начина да се енергија генерише и унесе у домове како би људи могли да користе нови проналазак.
Тхомас Едисон, који је помагао у развоју и пласману сијалица, био је за мрежу генерирања једносмерне струје станице, док је Никола Тесла, српски проналазач и бивши запосленик Едисон-а, фаворизовао АЦ генератори. Тесла је победио, и ево неколико разлога:
- На напонима неопходним за широку употребу електричне енергије, наизменична струја се може даље преносити дуж далековода са мањим падом напона. Да је Едисон превладао, а једносмерна струја постала стандард, морале би постојати електране на раздаљини од једне миље. С друге стране, Тесла је успео да напаја читав град Бафало, Њујорк, једним индукционим генератором смештеним испод Нијагариних водопада.
- Производња електричне енергије наизменичном струјом је јефтинија. Хидроелектрични генератор какав је онај на Нијагариним водопадима може створити електричну енергију из природног процеса. Други унос није потребан.
- Напон наизменичне струје може се променити помоћу трансформатора. У време Тесле и Едисона то није било могуће са једносмерном струјом. Данас су, међутим, доступни трансформатори који користе унутрашње склопове или претвараче за промену напона једносмерне струје.
Промена АЦ у ДЦ и назад
Иако је електрична енергија која пролази кроз далеководе наизменична струја, електроничкој опреми је често потребна једносмерна струја. У дијаграму кола, симбол једносмерне струје је равна линија са три тачке или линије испод ње, док је за наизменичну струју једна таласаста линија. Да би претворили наизменичну струју у једносмерну, стручњаци за електронику обично користе компоненту кола која се назива диода или исправљач. Пропушта струју само у једном смеру, стварајући тако пулсирајући једносмерни сигнал из извора наизменичне струје.
Алат за претварање једносмерне у једносмерну струју назива се претварач. Користи транзисторе, који су компоненте кола које се могу врло брзо укључити и искључити, за усмеравање струје дуж низа кола путање које ефикасно мењају свој правац кроз пар централних терминала, што је део кола на који прикључујете наизменичну струју оптерећење. Претварачи се користе у електричним возилима. Такође се користе у фотонапонским системима за претварање једносмерне електричне енергије коју генеришу соларни панели у наизменичну струју за употребу у кући.