Izmjenična električna struja

Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet · Magnetizam
Vrijednosti električnog napona kod sinusoidne izmjenične struje:
1 = Amplituda,
2 = Vršna vrijednost,
3 = Efektivna vrijednost,
4 = Period.
Kvadratna srednja vrijednost o kojoj ovise učinci sinusne izmjenične struje jednaka je 0,707 (prikazano crtkanom linijom).
Izmjenični sinkroni električni generator s četiri para polova na rotoru.
Valne funkcije faznih napona kod trofazne struje.

Izmjenična električna struja ili izmjenična struja je ona električna struja kojoj se smjer mijenja u vremenu. Pri promjenljivom strujanju električnog naboja struja je promjenljiva, a njezine vrijednosti mogu se za svaki trenutak vremena saznati ako je poznat grafički prikaz tih promjena u koordinatnome sustavu (i, t) ili ako je zadan analitički izraz i = f (t) promjene struje s vremenom. Od svih promjenljivih struja najveću važnost za elektrotehniku imaju periodično promjenljive struje, a to su one kod kojih se promjene stalno ponavljaju u određenim vremenskim razmacima ili intervalima. Trajanje jedne potpune promjene zove se period i označuje se slovom T. Ako periodično promjenljiva struja mijenja osim jakosti još i smjer, naziva se izmjeničnom strujom. Osim periodom T može se promjenljivost izmjeničnih struja označiti i brojem titraja u jednoj sekundi i taj se broj naziva frekvencijom izmjenične struje f

Budući da se svaka periodično promjenljiva struja može, prema Fourierovu pravilu, rastaviti u niz komponenata, to je za proučavanje izmjeničnih struja vrlo bitno poznavanje zakona kojima podliježe sinusoidna izmjenična struja. Analitički je izraz za sinusoidnu izmjeničnu struju i:

gdje je: Imax - amplituda struje; ω = 2∙π∙f - kružna frekvencija. Aritmetička srednja vrijednost sinusoidne struje jednaka je nuli, ali kvadratna srednja vrijednost o kojoj ovise učinci izmjenične struje jednaka je:

i naziva se efektivnom vrijednosti. [1]

Pojam električne struje

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Električna struja

Električna struja je usmjereno protjecanje nosioca električnih naboja, pri čemu najčešće mislimo na protjecanje elektrona kroz metalne vodiče, ali to također može biti i protjecanje iona u disociranim otopinama ( elektrolitska disocijacija), prelet nabijenih čestica (na primjer alfa-čestica i beta-čestica) 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 odgovarajuće primjenjuju i na druge oblike struje.

Sinusoidna izmjenična struja

Sinusoidna izmjenična struja može se upotrijebiti za stvaranje topline u elektrotermičkim aparatima, jer je za proizvodnju topline svejedno u kojem smjeru prolazi struja kroz otporni grijač, a računski se to vidi po tome što prema Jouleovu zakonu proizvedena toplina ovisi o kvadratu jakosti struje, pa je za to mjerodavna efektivna vrijednost. Jednako se tako može s pomoću sinusoidne izmjenične struje u elektromotorima proizvesti zakretna sila, jer i ona u motorima izmjenične struje ovisi o kvadratu jakosti struje. No, kako je kemijski učinak (na primjer pri galvanizaciji) ovisan o srednjoj vrijednosti, koja je za sinusoidu jednaka nuli, ne može se izmjeničnom strujom postići spomena vrijedan kemijski učinak. Ipak se energija izmjenične struje može upotrijebiti i za elektrolizu, pa i za ostale aparate koji traže istosmjernu struju, ako se izmjenična struja ispravi. Takva struja sastavljena je, dakle, od samih pozitivnih polovica sinusoide, pa je njezina srednja vrijednost prozvana elektrolitskom srednjom vrijednošću. Računski ona iznosi:

Pri računima s promjenljivim strujama uvedene su općenito ove prosječne vrijednosti:

aritmetička srednja vrijednost:

elektrolitska srednja vrijednost:

efektivna vrijednost:

Gustoća električne struje

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Gustoća električne struje

U mnogim elektrotehničkim problemima često se računa s još jednom veličinom, a to je gustoća električne struje J. Ona je pri linijskim električnim vodičima određena kao broj ampera na jedinicu površine poprečnoga presjeka vodiča (m² ili mm²):

Obrnuto je onda jakost struje kroz cijeli presjek S jednaka:

U vezi s tom novonavedenom veličinom J, može se općenito i pri prostornom strujanju odrediti jakost struje kroz neki presjek u prostoru. Ako je, naime, prostorno strujanje zadano time što je za svaku točku prostora zadana gustoća J, a to je vektorska veličina, jer osim veličine ima još i određen smjer u prostoru, onda je ukupna struja što prolazi kroz površinu S:

Energija i snaga izmjenične struje

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Električna snaga

Energija i snaga izmjenične struje ovise bitno o tome u kakvu je faznom odnosu jakost izmjenične struje prema svojem izmjeničnom naponu. Ako je fazni pomak φ = 0, struja u punom iznosu sudjeluje s naponom u iznosu snage, a ako je φ ≠ 0, djelotvorna je samo komponenta struje I∙cos φ, pa se ona i naziva djelatna komponenta, a I∙sin φ jalova komponenta.

Other Languages
Afrikaans: Wisselstroom
Alemannisch: Wechselstrom
العربية: تيار متردد
azərbaycanca: Dəyişən cərəyan
беларуская: Пераменны ток
беларуская (тарашкевіца)‎: Зьменны ток
български: Променлив ток
Deutsch: Wechselstrom
Esperanto: Alterna kurento
Nordfriisk: Wakselstruum
Kreyòl ayisyen: Kouran altènatif (AC)
Bahasa Indonesia: Arus bolak-balik
íslenska: Riðstraumur
日本語: 交流
қазақша: Айнымалы ток
한국어: 교류
latviešu: Maiņstrāva
Malagasy: Zitina miherina
Bahasa Melayu: Arus ulang-alik
Nederlands: Wisselstroom
norsk nynorsk: Vekselspenning
português: Corrente alternada
srpskohrvatski / српскохрватски: Izmjenična struja
Simple English: Alternating current
slovenčina: Striedavý prúd
Seeltersk: Wikselsponnenge
svenska: Växelström
українська: Змінний струм
Tiếng Việt: Điện xoay chiều
中文: 交流電
粵語: 濕電