St��dav� proud |
V roce 1820 zjistil d�nsk� l�ka� a fyzik Hans Christian Oersted, �e se magnetick� st�elka vychyluje v bl�zkosti vodi�e, kter�m proch�z� proud. Zjednodu�en� bychom mohli ��ci, �e elektrick� proud zp�sob� vznik magnetick�ho pole. Anglick� fyzik Michael Faraday p�edpokl�dal, �e existuje i opa�n� mo�nost a hledal zp�sob, jak magnetick�m polem zp�sobit vznik elektrick�ho proudu. Poda�ilo se mu to 21. srpna 1831, kdy objevil elektromagnetickou indukci. Jeho objev je z�kladem sou�asn� elektrotechniky a energetiky.
ELEKTROMAGNETICK� INDUKCE
Jestli�e se v bl�zkosti vodi�e m�n� magnetick� pole, vznik� (indukuje se) na jeho konc�ch nap�t� a uzav�en�m obvodem za�ne proch�zet proud. Velikost indukovan�ho nap�t� na konc�ch vodi�e, nap��klad na c�vce, z�vis� na charakteru zm�n magnetick�ho pole.
K elektromagmetick� indukci m��e doj�t r�zn�m zp�sobem:
- pohybem permanentn�ho magnetu nebo elektromagnetu v bl�zkosti c�vky - velikost indukovan�ho nap�t� z�vis� na "s�le" magnetu, rychlosti a sm�ru jeho pohybu a na po�tu z�vit� c�vky (animace)
- pohybem c�vky v bl�zkosti permanentn�ho magnetu nebo elektromagnetu - tak� v tomto p��pad� z�vis� velikost indukovan�ho nap�t� na "s�le" magnetu, rychlosti a sm�ru pohybu c�vky a na po�tu jej�ch z�vit�. Podstatn� p�itom je, aby vodi� p�i pohybu prot�nal induk�n� ��ry, p�i pohybu ve sm�ru induk�n�ch �ar se na n�m ��dn� nap�t� neindukuje
- zm�nou proudu v prim�rn� c�vce - do prim�rn� c�vky p�iv�d�me proud ze zdroje, sekund�rn� c�vka je nasunuta na spole�n�m j�d�e s prim�rn�. Zm�na velikosti proudu v prim�rn� c�vce vyvol� indukci nap�t� na sekund�rn� c�vce. Velikost indukovan�ho nap�t� z�vis� na rychlosti zm�ny proudu a na po�tech z�vit� obou c�vek. Jde o z�kladn� princip transform�toru.
LENZ�V Z�KON
Indukovan� proud m� v�dy takov� sm�r, �e se sv�mi ��inky sna�� zabr�nit zm�n�, kter� ho vyvolala.
Jestli�e nap��klad vznikl indukovan� proud p�ibli�ov�n�m magnetu k c�vce, br�n� magnetick� pole vyvolan� indukovan�m proudem p�ibli�ov�n� magnetu, Jestli�e byl indukovan� proud vyvol�n vzdalov�n�m magnetu, sna�� se magnetick� pole tomuto vzdalov�n� zabr�nit. Lenz�v z�kon je ur�itou obdobou z�kona setrva�nosti, kter� zn�me z mechaniky.
Uveden� zp�soby indukov�n� proudu maj� pestr� vyu�it�. Jsou z�kladem hromadn� v�roby elektrick� energie v elektr�rn�ch, indukovan� proudy rozt��ej� rotory elektromotor�, bez indukce by nefungovaly transform�tory (najdeme je v ka�d�m rozhlasov�m a televizn�m p�ij�ma�i, v po��ta��ch, nab�je�k�ch bateri� aj.), spalovac� motory se neobejdou bez induk�n�ch zapalovac�ch c�vek, v��iv� proudy tav� rudu v induk�n�ch pec�ch nebo rozeh��vaj� plot�nky modern�ch typ� spor�k� ...
ST��DAV� PROUD
Gener�tor st��dav�ho proudu (neboli altern�tor) p�em��uje mechanickou energii na energii st��dav�ho elektrick�ho proudu. Nejjednodu���m gener�torem by mohl b�t obd�ln�kov� z�vit, ot��ej�c� se mezi p�ly permanentn�ho magnetu. Indukovan� nap�t� by v�ak bylo nepatrn� a proto se ve skute�n�ch gener�torech ot��� mezi p�ly c�vka s mnoha z�vity. Podstata v�ak z�st�v� stejn� - elektromagnetick� indukce.
Ot���-li se z�vit v magnetick�m poli (obr�zek vlevo), indukuje se na jeho konc�ch nap�t� jeho� velikost z�vis� na �hlu, pod kter�m prot�n� induk�n� ��ry. V obvodu za�ne proch�zet proud, jeho� velikost a sm�r z�vis� na velikosti a polarit� indukovan�ho nap�t�. Na obr�zku vpravo je pr�b�h jedn� oto�ky z�vitu rozd�len na dev�t f�z�, v doln� ��sti je graficky zn�zorn�na velikost indukovan�ho nap�t� v jednotliv�ch poloh�ch z�vitu:
- rovina z�vitu je vodorovn�, lev� ��st se pohybuje proti sm�ru induk�n�ch �ar, prav� ve sm�ru induk�n�ch �ar. Vodi�e tedy induk�n� ��ry neprot�naj� a proto se indukuje nulov� nap�t�
- vodi�e prot�naj� induk�n� ��ry pod �hlem 45� a na konc�ch z�vitu se indukuje ur�it� nap�t�
- horn� i doln� ��st z�vitu prot�naj� induk�n� ��ry pod �hlem 90� a na konc�ch z�vitu se indukuje maxim�ln� nap�t� - t�to f�zi odpov�d� poloha z�vitu nakrelen� na lev�m obr�zku
- ob� ��sti prot�naj� induk�n� ��ry op�t pod �hlem 45�a indukuje se men�� nap�t�
- ob� ��sti se pohybuj� ve sm�ru induk�n�ch �ar a indukovan� nap�t� je nulov� - z�vit vykonal pr�v� polovinu oto�ky
- v dal�� polovin� ot��ky se popsan� situace opakuj�. Proto�e je v�ak poloha z�vitu vzhledem k induk�n�m �ar�m obr�cen�, indukuje se nap�t� opa�n� polarity
Ot��en�m z�vitu v magnetick�m poli vznik� v obvodu ST��DAV� PROUD.
Doba jedn� oto�ky se naz�v� perioda, m� zna�ku T a jednotku s (sekunda).
Po�et period za sekundu se naz�v� frekvence (kmito�et), m� zna�ku f a jednotku Hz (hertz).
Mezi periodou a frekvenc� plat� jednoduch� vztahy T = 1 / f a f = 1 / T.
B�hem jedn� periody projde vodi�em elektrick� proud jedn�m a opa�n�m sm�rem, nap��klad v na�� elektrick� s�ti m� st��dav� proud frekvenci 50 Hz.
Koncem 19. stolet� se elektrick� energie za�ala vyr�b�t a pou��vat ve st�le v�t��m rozsahu. Proti sob� st�ly dva syst�my - stejnosm�rn� a st��dav�. Nejv�znamn�j��m zast�ncem stejnosm�rn�ho proudu byl slavn� americk� vyn�lezce Thomas Alva Edison, u n�s to byl Franti�ek K�i��k. Propag�torem vyu��v�n� st��dav�ho proudu byl p�edev��m jeho b�val� spolupracovn�k Nikola Tesla.
Stejnosm�rn� proud, kter� Edisonovy elektr�rny vyr�b�ly pomoc� dynam, byl vhodn� pro nap�jen� obloukov�ch lamp, ��rovek, tramvaj� �i v�tah�, ale byl zcela nevhodn� pro p�enos elektrick� energie na velk� vzd�lenosti. Edison rozv�d�l proud z bezpe�nostn�ch d�vod� s nap�t�m do 200 volt� a p�i p�enosu v�t��ch v�kon� musel vodi�i proch�zet zna�n� proud. To znamenalo zvl�t� na v�t�� vzd�lenosti ne�nosn� ztr�ty.
Hlavn� v�hodou st��dav�ho proudu v energetice je mo�nost jeho transformace. Zv��en�m nap�t� sta�� k p�enosu stejn�ho v�konu men�� proud a t�m se omez� ztr�ty. Dne�n� elektr�rny vyr�b�j� v�hradn� st��dav� proud, kter� se pro p�enos transformuje na vysok� a velmi vysok� nap�t�. V m�st� spot�eby se nap�t� zase sn�� na bezpe�nou velikost, pro dom�cnosti na 230 volt�. Stejnosm�rn� proud z�sk�me ze st��dav�ho usm�rn�n�m polovodi�ov�mi diodami.