Striedavý prúd je elektrický prúd, ktorého smer a veľkosť sa v závislosti od času menia. Jeho vynálezcom je Nikola Tesla. Striedavý prúd vzniká elektromagnetickou indukciou v generátore, nazývanom alternátor. Frekvencia otáčania rotora v generátore určuje frekvenciu striedavého prúdu. Praktická výroba striedavého prúdu sa deje v generátoroch obsahujúcich 3 cievky. Striedavý prúd, vznikajúci v takom generátore sa nazýva trojfázový prúd.
Striedavý prúd sa používa kvôli jeho ľahšej výrobe v elektrárňach a menej stratovému prenosu na diaľku oproti jednosmernému prúdu. Menšie straty sa dosahujú transformáciou vyrobenej elektriny na veľmi vysoké napätie a nízky prúd, čím sa znižuje prílišné zahrievanie vedenia. Veľkou výhodou striedavého prúdu je to, že jeho transformácia prebieha takmer bez strát pomocou transformátora, ktorý sa skladá z primárneho a sekundárneho vinutia. Striedavý prúd sa používa aj v palubných sieťach niektorých dopravných prostriedkov (lietadlá, lode).
Najčastejšou formou striedavého prúdu je tzv. harmonický striedavý prúd. Okrem harmonického striedavého prúdu sa môžu vyskytovať aj iné priebehy, napr. trojuholníkový, pílový, obdĺžnikový a pod. Striedavý prúd a striedavé napätie v jednom obvode majú rovnakú frekvenciu, ale môžu mať rôznu začiatočnú fázu. Niektoré súčiastky spôsobujú fázový posun - rozdiel medzi fázami prúdu a napätia.
Súčiastky s kapacitou (kondenzátor) posúvajú elektrický prúd pred napätie, súčiastky s indukčnosťou (cievka) posúvajú napätie pred prúd. Vzťah medzi napätím a prúdom v striedavom obvode vyjadruje veličina impedancia. Umax je maximálne napätie. Uef sa bežne udáva ako skutočné napätie, preto sa väčšinou značí ako samotné U. Získame ho ako odmocninu z priemeru druhých mocnín okamžitého napätia. Okamžitý výkon na rezistore je priamo úmerný druhej mocnine okamžitého napätia. Spriemerujeme teda výkon a keď priemer odmocníme, získame napätie, ktoré by malo rovnaký výkon ako naše striedavé, keby bolo jednosmerné.
Ustr sa používa pomerne málo, pretože v praxi má väčší význam sa zaoberať druhou mocninou napätia. Je to priemer absolútnych hodnôt napätia, čiže také U nameriame jednosmerným voltmetrom, keď napätie predtým usmerníme (priemer z neusmerneného U by bol samozrejme nula). Pre neustále sa meniacu okamžitú hodnotu striedavého prúdu a napätia sa mení aj elektrický výkon. Efektívne hodnoty striedavého prúdu a napätia sú hodnoty takého jednosmerného prúdu a napätia, ktorého výkon by bol rovnaký ako je výkon daného striedavého prúdu a napätia.
V domových zásuvkách na Slovensku je striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz a nominálnou efektívnou hodnotou Uef = 230 V. Striedavý prúd (v Európe s frekvenciou 50 Hz a v Severnej Amerike s frekvenciou 60 Hz) sa používa v bežných domácich elektrických spotrebičoch (žiarovka, žiarivka, spotrebiče obsahujúce elektromotor). Pre použitie v domácnostiach sa vysoké napätie znižuje v rozvodniach a uličných transformátoroch na efektívnu hodnotu fázového napätia 230 V. V bytovom rozvode sa väčšinou vytvára niekoľko okruhov (zásuvky, svetlá, elektrický sporák), z ktorých každý sa pre rovnomernejšie zaťaženie pripája k inej fáze. Pre silnejšie elektromotory sa používa združené trojfázové napätie 400 V.
Vodivým spojením jednej svorky od každej cievky vznikne vodič s nulovým elektrickým potenciálom, ktorý sa nazýva nulovací vodič (v žargóne nulák). Elektrické napätie medzi nulovacím vodičom a druhou svorkou cievky sa nazýva fázové napätie, napätie medzi dvomi fázami sa nazýva združené napätie.
V minulosti prebiehal spor medzi Nikolom Teslom a Thomasom Edisonom o tom, ktorý typ prúdu je lepší. Edison propagoval jednosmerný prúd, zatiaľ čo Tesla obhajoval striedavý prúd. Tesla dokázal, že striedavý prúd je výhodnejší a bezpečnejší pre prenos na dlhé vzdialenosti a pre napájanie rôznych spotrebičov. Jeho vynálezy, ako napríklad transformátor a striedavý motor, umožnili masové rozšírenie elektrifikácie.
Vysvetlenie striedavého prúdu | Striedavý prúd - zjednodušený
Charakteristika striedavého elektrického prúdu a obvodov
Striedavý elektrický prúd je časovo premenlivý, periodicky sa meniaci elektrický prúd. Mení sa veľkosť aj smer prúdu. Striedavý elektrický prúd vzniká na základe zákona elektromagnetickej indukcie: Ak sa vodič (cievka) otáča v homogénnom magnetickom poli, vo vodiči sa indukuje striedavé elektrické napätie a striedavý prúd.
V obvodoch striedavého prúdu platí Ohmov zákon v tvare U/I = Z, kde Z je impedancia. Impedancia kombinuje odpor (R), indukčnú reaktanciu (XL) a kapacitnú reaktanciu (XC). Pre sériový RLC obvod platí:
- Impedancia: Z = √R² + (XL - XC)²
- Indukčná reaktancia: XL = ωL = 2πfL
- Kapacitná reaktancia: XC = 1/(ωC) = 1/(2πfC)
- Fázový posun: tg φ = (XL - XC) / R
Špeciálny prípad nastáva, ak XL = XC. Vtedy obvod vykazuje len odporový charakter a prechádza ním maximálny prúd. Tento jav sa nazýva rezonancia a nastáva pri rezonančnej frekvencii:
f₀ = 1 / (2π√(LC))
Výkon striedavého prúdu závisí od účinníka (cos φ), ktorý udáva, aká časť dodanej energie sa premení na užitočnú prácu alebo teplo.
tags: #striedavy #prud #fyzika #fchpt
