Neki izvori električne energije proizvode istosmjernu (jednosmjernu) struju. Takva struju teče uvijek u istom smjeru. Baterija je takav izvor. Izvore istosmjerne struje označavamo slovima DC, skraćenica od engleskog direct current.
Postoje i izvori električne energije koji daju naizmjeničnu (izmjeničnu) struju, struju koja mijenja smjer. Sva struja koju dobivamo iz utičnica u zidovima je naizmjenična struja – ona promijeni smjer 50 puta u sekundi. Naizmjenična struja, izvori takve struje i potrošači koji je koriste označeni su slovima AC, od engleskog alternating current.
Razliku možete uočiti klikom na sljedeću animaciju:
ISTOSMJERNA STRUJA (DC)
Istosmjernu struju je lakše razumijeti nego naizmjeničnu struju. Ona teče uvijek u istom smjeru i to je vrsta struje na koju se vi fokusirate u školskim lekcijama.
Već znamo da električna struja, to jest elektroni, struje od mjesta gdje ih ima više (minus pola) prema mjestu gdje ih ima manje (plus pola), to jest smjerom koji je suprotan smjeru električnog polja. Taj se smjer zove elektronski smjer. Međutim u elektrotehnici, na shemama, se obično uzima suprotan smjer, to jest od pozitivnog prema negativnom polu. Taj se smjer zove tehnički smjer. Ovakav smjer struje bio je usvojen još onda kada se nije znalo za elektrone. U stručnoj literaturi smjer se nije promijenio do danas, jer bi se zbog toga morale mijenjati izvjesne definicije usvojene u elektrotehnici.
Znači, kao pozitivan, smjer struje je definisan od + prema - polu, iako se u stvari slobodni elektroni kroz strujno kolo izvan izvora kreću u obrnutom smjeru.
Struja kroz provodnik putuje velikom brzinom, međutim treba imati u vidu da je to u stvari brzina putovanja pojave premještanja elektrona s atoma na atom. Elektroni naime ne prelaze čitav strujni krug jureći kroz njega, nego samo preskaču sa ljuske jednog atoma na ljusku susjednog atoma, prelazeći samo kratak put kroz provodnik. To sliči talasima na morskoj površini. Morem ne putuju čestice vode, nego samo pojava njihovog izdizanja i spuštanja koju vidimo kao talase.
Istosmjernu struju možemo dobiti na više načina, recimo putem baterija kod kojih se struja generiše usljed hemijske reakcije unutar samih baterija ili koristeći ispravljače kada naizmjeničnu struju iz naših utičnica u zidu pretvaramo u jednosmjernu struju za naše elektronske uredjaje, npr. mobitele, tablet, laptope, flat-screen televizore, itd. Uz bateriju, izvor istosmjerne struje može biti akumulator i fotonaponska ćelija.
Primjena istosmjerne struje je široka – svi uredjaji koji koriste baterije ili akumulatore se baziraju na istosmjernoj struji, uključujući i električna i hibridna vozila.
NAIZMJENIČNA STRUJA (AC)
Iako se u školi fokusirate na istosmjernu struju važno je razumijeti koncept i značaj naizmjenične struje (AC). Skoro sve utičnice koje vidite su AC. To je iz razloga što su proizvodnja i prijenos na velike udaljenosti kod naizmjenične struje relativno lagan proces i sa manjim gubicima nego kod istosmjerne struje. Kod visokih napona (većih od 110kV) manje energije se gubi prilikom prijenosa električne struje. Visoki naponi znače smanjenje struje, a što znači manje toplote usljed otpora u žicama za prenos, a povećanje napona se za naizmjeničnu struju može vrlo jednostavno sprovesti pomoću transformatora.
Ako se okvir od metalne žice u obliku pravougaonika okreće oko svoje osi u magnetnom polju, u njemu će se zbog sječenja magnetnih silnica inducirati električni napon. Inducirani električni napon biće najveći kada okvir siječe najviše magnetnih silnica, a najmanja, odnosno jednaka nuli, kada nema siječenja magnetnih silnica. Nakon svake polovine okreta metalnog okvira u magnetnom polju s jednim parom polova mijenja se smjer induciranog električnog napona. Takav električni napon zove se izmjenični napon, a struja koju ona proizvodi zove se izmjenična struja.
Pogledajte animaciju koja pokazuje taj princip:
Naizmjenična struja nastaje u posebno konstruiranim uređajima koji nazivamo generatori. Oni su sastavni dio svakog postrojenja za proizvodnju električne energije. Takva postrojenja nazivamo elektrane.
Naizmjenična struja se, pored pretvaranja u istosmjernu struju, koristi i direktno za pokretanje električnih motora koji pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju. To je korisno kod većih uredjaja poput mašina za pranje sudja, frižidera, itd. koji koriste naizmjeničnu struju.
