Izmjenična struja
Izmjenična struja (ili naizmjenična) je električna struja čija se jačina i smer periodično menjaju sa vremenom.[1]
Električna struja je usmjereno protjecanje nosioca naboja, pri čemu najčešće mislimo na protjecanje elektrona kroz metalne vodiče, ali to također može biti i protjecanje iona u disociranim otopinama, prelet nabijenih čestica (npr. α i β) kroz vakuum, pomicanje šupljina u poluvodičima i drugo. Ako to protjecanje vremenom mijenja smjer, tada je to izmjenična električna struja. Nije potrebno da iznos ili smjer te struje bude u vremenu pravilan niti simetričan u oba smjera.
Najčešće se pod izmjeničnom strujom ipak podrazumjeva simetričan oblik, kod kojega su oblici struje dok teče u svakom od smjerova jednaki po svemu osim po smjeru. Kako su i trajanja toka struje u svakom od smjerova jednake, onda se ta trajanja zovu poluperiode koje zajedno čine cjelinu koja se ponavlja - periodu. Takav oblik struje se može matematički prikazati i kao zbroj niza struja (zvanih „harmonici”) sinusnog oblika. Ta se činjenica koristi za olakšavanje izračuna, jer se gotovi izračuni za sinusni oblik odgvarajuće primjenjuju i na druge oblike struje.
Značaj i prednosti izmjenične struje je isticao Nikola Tesla, iako se pri tome morao oduprijeti velikom pritisku američkog izumitelja Thomasa Alva Edisona. Članak War of Currents opisuje na engleskom tijek Tesline borbe da uvede u primjenu izmjeničnu struju i njene prednosti.
Jedna gospodarska prednost izmjeničnih struja je ta da se izmjenične struje mogu učinkovito, uz vrlo male gubitke, prenositi na velike udaljenosti. Naime za prijenos snage nije važan ni samo iznos napona, ni samo iznos struje, već njihov umnožak. Gubitci prijenosnom vodiču ovise o neizbježnom otporu vodiča i kvadratu struje koja kroz njega protiče. Dakle, uz povećanje napona i odgovarajuće smanjenje struje moguće je prenositi istu snagu uz manje gubitke. Povećanje napona se za izmjenične struje može vrlo jednostavno može provesti u transformatorima.
U Republici Hrvatskoj je odlukom Ministra gospodarstva od 2. 3. 2000. g. objavljenoj u Narodnim novinama propisano da se električna energija koja se isporučuje kućanstvima spojenima na niskonaponsku električnu mrežu isporučuje pri frekvenciji 50 Hz i naponu između faznih vodiča i zemlje od 230 V ±10%.
Istovremenom proizvodnjom nekoliko struja koje su međusobno fazno pomaknute postiže se veća učinkovitost električnih generatora i motora, tj. uz istu veličinu i masu stroja moguće je postići veću snagu.
Ova činjenica se koristi recimo u automobilima koji iako imaju instalaciju za istosmjernu struju koriste mali trofazni sinkroni generator (tzv. alternator) za proizvodnju električne energije koja se potom ispravlja ispravljačem u istosmjernu struju.
Puno bitnija prednost višefaznog sustava izmjeničnih struja je da se tim sustavom jednostavno porizvodi okretno magnetsko polje koje omogućuje izgradnju električnih strojeva (generatora i motora) bez kolektora i četkica. Takvi strojevi odlikuju se velikom pouzdanošću, trajnošću i višom učinkovitošću od kolektorskih strojeva.
Posljedica protjecanja izmjenične struje je i odašiljanje elektromagnetskih valova, što je Nikola Tesla uočio i primijenio za prijenos energije bez žica. Ako se iznos tako prenesene energije mijenja, moguće je na bežični način prijemnoj strani slati dogovorene signale. Tako se može prenositi telegrafske kodove, glas, upravnjati udanjenim strojevima i automatima, prenositi sliku i druge oblike informacija. I to je Tesla uočio i uspješno pokazao izgradivši radioupravnjani model broda. O tome kome pripada zasluga za izum radia (tj. kome pripadaju odgovarajući patenti) također se vodila bitka. Guglielmo Marconi je tvrdio da zasluga pripada njemu, no nakon duge pravne borbe Vrhovni sud Sjedinjenih američkih država je ipak presudio u korist Nikole Tesle. Raspravu o tome možete naći u članku na engleskom Invention of Radio.
- (en) PBS: AC/DC: What's the Difference?
- ↑ Jugoslav Karamarković, Fizika (str. 185), Univerzitet u Nišu, 2005.