Prąd przemienny to charakterystyczny przypadek prądu elektrycznego okresowo zmiennego.

Okresowość

Prąd zmienny to taki, który nie jest stały co do wartości jego natężenia, które zmienia się w czasie. Prąd przemienny jest szczególnym przypadkiem prądu zmiennego i ze względu na jego wyjątkowy charakter, elektrycy nazywają go odrębnym określeniem.
Dla przebiegu prądu przemiennego można wyznaczyć, co nie jest możliwe dla prądu zmiennego, jego okres. Okres czyli taki fragment jego zmian w czasie, które z pewną częstotliwością powtarzają się. Dla prądu przemiennego każdy z okresów:
  • musi być taki sam pod względem zmian wartości natężenia w czasie,
  • wartości natężenia muszą być symetryczne względem wartości 0 (taki sam przebieg "pod" jak i "nad" osią 0), czyli wartość średnia za okres musi być równa 0.
Jeśli drugi warunek nie jest spełniony, w skład natężenia wchodzi składowa stała, co najczęściej nie jest pożądanym efektem.
Kiedy w polu magnetycznym przewodnik porusza się tam i z powrotem, kierunek przepływu prądu w tym przewodniku będzie zmieniał tak często, jak ruch fizyczny tego przewodnika. Zatem harmoniczny (sinusoidalny) ruch tego przewodnika z częstotliwością 50Hz wywoła w nim analogiczny ruch ładunków. Jest to wykorzystywane w energetyce.

Wykorzystanie

Większość elektrowni dostarcza elektryczność pod postacią napięcia przemiennego. W odbiorniku rezystancyjnym, a jest to na przykład żarówka z żarnikiem, zgodnie z Prawem Ohma płynie więc prąd przemienny. Przepływ prądu przez żarnik wiąże się ze stratami energii na nim, co objawia się świecenim. Wynika więc z tego, że żarówka zapala się i gaśnie 100 razy na sekundę, gdyż niezależnie od kierunku poruszania się ładunków, świeci tak samo. Oko ludzkie zjawiska tego nie dostrzega, gdyż częstotliwość 100Hz jest dla niego zbyt duża. Oprócz tego taka żarówka nigdy nie gaśnie zupełnie od razu, co można zaobserwować gdy żarówkę wyłączymy (ostrożnie! -uwaga na oczy). Wniosek: w odbiorniku rezystancyjnym strata energii w nim nie zależy od kierunku prądu - żartobliwie można zapamiętać to tak: połówka niezależnie od tego czy stoi szerszym czy węższym końcem do góry, zawsze grzeje tak samo.
Problem zasilania napięciem przemiennym odbiorników innych niż rezystancyjne (na przykład silników prądu zmiennego) jest bardziej złożony.
Chociaż prądy przemienny i stały mają wiele wspólnych cech, istotnie różnią się kilkoma własnościami. Prąd przemienny przyczynia się do powstawania zjawisk, których prąd stały nie wytwarza. Właśnie te unikalne zjawiska stwarzają prąd przemienny idealnym jeśli chodzi o:
  • przesyłanie energii (warto pamiętać, że transmisja prądu przemiennego jest mniej szkodliwa dla środowiska niż transmisja prądu stałego),
  • zastosowanie w wytwarzaniu mocy w urządzeniach elektrycznych (silniki),
  • przekształcanie go (transformatory, prostowniki).

Wartość skuteczna

Natężenie prądu zmiennego bez przerwy ulega zmianie, między minimum a maksimum, przechodząc przez zero. Niewygodnie jest jednak obliczać cały zakres wartości w amperach (konieczność stosowania rachunku całkowego), naukowcy wprowadzili więc pojęcie natężenia skutecznego.
Podobnie jak prąd stały, prąd przemienny podczas przechodzenia przez przewodnik również wydziela energię, zwykle na sposób ciepła. Natężenie skuteczne prądu zmiennego jest więc równe natężeniu prądu stałego które powoduje wydzielenie takej samej ilości energii. Innymi słowy, natężenie skuteczne 1 ampera prądu przemiennego wytwarza tyle samo ciepła co natężenie 1 ampera prądu stałego, przepływającego przez ten sam przewodnik.
Równocześnie napięcie prądu przemiennego traktuje się w kategoriach napięcia skutecznego.

Impedancja

Podobnie jak prądowi stałemu, prądowi przemiennemu także "przeszkadza" opór przewodnika przez który przechodzi. Na dodatek wskutek różnorakich zjawisk jakie wytwarza prąd przemienny, "przeszkadza" on również samemu sobie. Zjawiska te zależą od częstotliwości prądu i sposobu wykonania obwodu, a wspólnie zwane są reaktancją. Całość zjawisk wpływających na przepływ prądu zmiennego nazywana jest impedancją. Jest ona równa rezystancji plus reaktancji.
Stosunek między natężeniem skutecznym, napięciem skutecznym i impedancją wyrażony jest równaniem U=IZ, gdzie U to napięcie skuteczne (w woltach), I to natężenie skuteczne (w amperach), a Z to impedancja (w omach).

Zalety prądu przemiennego, transformatory

Prąd przemienny posiada wiele cech czyniących go bardziej atrakcyjnym źródłem energii elektrycznej dla celów produkcyjnych jak i w domu. Najważniejszą cechą jest to, że napięcie lub natężenie mogą być zmieniane do jakiejkolwiek wybranej wartości, za pomocą prostego urządzenia elektromagnetycznego, zwanego transformatorem.
Gdy prąd przemienny przepływa "tam i z powrotem" przez uzwojenie wykonane z drutu, pole magnetyczne dookoła zwoju rozszerza się i zwęża, następnie przekształca się w pole o przeciwnej polaryzacji i ponownie zwęża się. W transformatorze, uzwojenie z drutu umieszczone jest w polu magnetycznym pierwszego uzwojenia, ale nie ma z nim bezpośredniego elektrycznego połączenia. Zmiana pola magnetycznego indukuje prąd zmienny w drugim uzwojeniu. Jeśli drugie uzwojenie miałoby więcej zwojów, napięcie wyindukowane w drugim uzwojeniu bedzie większe niż w uzwojeniu pierwszym, ponieważ pole oddziałuje na większą liczbę indywidualnych przewodników. I odwrotnie, jeśli na drugim uzwojeniu będzie mniej zwojów, to drugie, wyindukowane napięcie będzie mniejsze niż pierwsze.
Dzięki transformatorom możliwa jest ekonomiczna transmisja prądu na duże odległości. Jeśli linia energetyczna zaopatrywana jest w 200 000 watów mocy, to równie dobrze może być zaopatrzona w potencjał 200 000 woltów i prąd 1 ampera, albo w potencjał 2000 woltów i prąd 100 amperów, ponieważ moc jest równa iloczynowi napięcia i prądu. Jednak, poprzez wydzielane ciepło, straty na liniach równe są kwadratowi prądu razy opór. I tak, jeśli opór linii równy jest 10 omów, strata na linii z potencjałem 200 000 woltów bedą wynosiły 10 watów, a na 2000 woltowej już 100 000 watów, czyli połowę dostępnej mocy. W związku z tym elektrownie, kiedy prąd transmitowany jest na duże odległości, wolą gdy ma on duże napięcie.
Publikacja wraz ze zdjęciami jest udostępniona w Encyklopedii "Zgapedia" części portalu zgapa.pl. Treść objęta jest licencją GNU FDL Wolnej Dokumentacji w wersji 1.3 lub dowolnej pózniejszej opublikowanej przez Free Software Foundation i została ona opracowana na podstawie Wikipedii, tutaj możesz znaleźć artykuł źródłowy oraz autorów. Warunki użytkowania Encyklopedii znajdziesz na tej stronie.
Prezentowane filmy poczhodzą z serwisu YouTube, portal zgapa.pl nie jest ich autorem i nie ponosi odpowiedzialności za ich treści.