Striedavý prúd Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Striedavý prúd (AC) — elektrický prúd, ktorý periodicky mení svoju veľkosť aj smer (polaritu). Na rozdiel od jednosmerného prúdu elektróny nekmitajú stále jedným smerom, ale pravidelne sa „presýpajú" tam a späť. Práve striedavý prúd tečie v zásuvkách našich domácností a je základom celej elektrizačnej sústavy.

2. Jednosmerný prúd (DC) — prúd, ktorý tečie stále jedným smerom a má nemennú polaritu (+ a −). Vzniká napríklad v batériách, akumulátoroch a fotovoltických článkoch. Práve podľa smeru toku ho rozlišujeme od striedavého: DC má jeden smer, AC smer periodicky obracia.

3. Perióda T — čas, za ktorý striedavý prúd vykoná jeden úplný kmit (jednu zmenu „tam a späť"). Označuje sa T a meria sa v sekundách (s). Je to základná časová charakteristika striedavého prúdu, z ktorej sa odvodzuje frekvencia.

4. Frekvencia f — počet period (kmitov) za jednu sekundu, meria sa v hertzoch (Hz). Platí vzťah f = 1 / T, teda frekvencia a perióda sú navzájom prevrátené hodnoty. Vyššia frekvencia znamená, že prúd mení smer rýchlejšie.

5. Sieťová frekvencia 50 Hz — v Európe (aj na Slovensku) má striedavý prúd v zásuvke frekvenciu 50 Hz, čo znamená, že za jednu sekundu sa smer prúdu zmení 100-krát a vykoná 50 úplných kmitov. Tomu zodpovedá perióda T = 1/50 s = 0,02 s. V USA sa naopak používa frekvencia 60 Hz.

6. Sieťové napätie 230 V — v domácich zásuvkách na Slovensku je striedavé napätie s efektívnou hodnotou 230 V. Toto napätie je životu nebezpečné, preto sa elektrina musí používať opatrne a obvody chrániť poistkami a ističmi. Efektívna hodnota udáva napätie, ktoré by malo rovnaké tepelné účinky ako rovnako veľké jednosmerné napätie.

7. Sínusový priebeh — veľkosť striedavého napätia a prúdu sa v čase mení podľa sínusovej krivky (vlnovky). Striedavo dosahuje kladné a záporné maximá (amplitúdy) a medzitým prechádza nulou. Tento plynulý priebeh je dôsledok otáčania cievky v magnetickom poli generátora.

8. Generátor (alternátor) — zariadenie, ktoré vyrába striedavý prúd na princípe elektromagnetickej indukcie: pri otáčaní cievky v magnetickom poli (alebo magnetu pri cievke) sa v nej indukuje striedavé napätie. Generátory v elektrárňach poháňa para, voda alebo vietor, ktoré roztáčajú ich rotor. Práve preto je v sieti striedavý a nie jednosmerný prúd.

9. Elektromagnetická indukcia — jav, pri ktorom vzniká indukované napätie pri zmene magnetického poľa prechádzajúceho cievkou. Objavil ho Michael Faraday v roku 1831 a je fyzikálnym základom činnosti generátorov aj transformátorov. Bez indukcie by nebola možná výroba ani premena striedavého prúdu.

10. Transformátor — zariadenie, ktoré mení (transformuje) veľkosť striedavého napätia pomocou dvoch cievok navinutých na spoločnom železnom jadre. Funguje len pre striedavý prúd, pretože potrebuje premenlivé magnetické pole na indukciu napätia v druhej cievke. Podľa počtu závitov cievok napätie buď zvyšuje, alebo znižuje.

11. Primárna a sekundárna cievka — primárna cievka je pripojená na vstupné napätie, sekundárna dodáva výstupné napätie. Pomer napätí sa rovná pomeru počtu závitov: U₁/U₂ = N₁/N₂. Ak má sekundárna cievka viac závitov, transformátor napätie zvyšuje; ak menej, napätie znižuje.

12. Rozvod elektrickej energie — elektráreň vyrobí striedavý prúd, ktorý transformátory pred prenosom na veľkú vzdialenosť zvýšia na veľmi vysoké napätie (až stovky kV). Vysoké napätie znamená menší prúd vo vedení, a teda menšie straty energie (zahrievanie drôtov). Pred dodaním do domácností sa napätie ďalšími transformátormi opäť zníži na bezpečných 230 V.

13. Výhoda striedavého prúdu — hlavnou výhodou striedavého prúdu je, že jeho napätie možno jednoducho a s malými stratami meniť transformátorom. Práve preto sa na celosvetový rozvod energie používa AC, a nie DC. Umožňuje to hospodárny prenos elektriny na stovky kilometrov od elektrárne k spotrebiteľovi.

1. Poučka

Striedavý prúd je elektrický prúd, ktorý pravidelne mení svoju veľkosť aj smer. Jednosmerný prúd tečie stále jedným smerom. V slovenskej elektrickej sieti má striedavé napätie efektívnu hodnotu 230 V a frekvenciu 50 Hz (za sekundu sa smer prúdu zmení 100-krát, t. j. 50 celých cyklov). Transformátor je zariadenie, ktoré mení (zvyšuje alebo znižuje) striedavé napätie.

2. Vysvetlenie

Predstav si, že prúd je pohyb elektrónov vo vodiči.

1. Pri jednosmernom prúde (napr. z batérie) sa elektróny pohybujú stále jedným smerom — od – pólu k + pólu.
2. Pri striedavom prúde sa smer pohybu stále otáča tam a späť. Hodnota napätia plynule narastá, klesá na nulu, prepóluje sa a znova narastá na druhú stranu — opisuje sínusový priebeh.
3. Koľkokrát za sekundu prebehne celý takýto cyklus, určuje frekvencia (značka f, jednotka hertz, Hz). U nás je to 50 Hz.
4. Striedavý prúd vzniká v generátore (alternátore) v elektrárni — otáčaním cievky v magnetickom poli sa indukuje striedavé napätie.
5. Striedavý prúd sa používa preto, lebo sa dá ľahko transformovať — meniť jeho napätie pomocou transformátora. To umožňuje prenášať energiu na veľké vzdialenosti s malými stratami.

3. Príklady a prečo je to dôležité

1. Zásuvka v byte — dodáva striedavé napätie 230 V, 50 Hz. Napája chladničku, práčku, svetlá.
2. Batéria a powerbanka — dávajú jednosmerný prúd (napr. 1,5 V; 5 V). Mobil sa nabíja jednosmerne, hoci nabíjačka berie striedavý prúd zo zásuvky a mení ho.
3. Vysokonapäťové vedenie — energia sa prenáša pri napätí 110 000 V až 400 000 V. Vysoké napätie = menší prúd = menšie straty teplom vo vedení.
4. Transformátorová stanica v obci — zníži vysoké napätie z vedenia na 230 V pre domácnosti.
5. Nabíjačka, adaptér k notebooku — obsahuje transformátor a usmerňovač, ktorý mení striedavý prúd na jednosmerný.
6. Bicyklový dynamo — pri jazde vyrába striedavý prúd, ktorý rozsvieti svetlo.

Prečo je to dôležité: Vďaka striedavému prúdu a transformátorom vieme dopraviť elektrinu z elektrárne do domov stovky kilometrov ďaleko bez veľkých strát. Bez toho by moderná elektrická sieť nemohla fungovať a museli by sme mať elektráreň v každej dedine.