Jævnstrøm og vekselstrøm kan være en kompliceret ting. Dagens videnskabsfolk forstår elektricitet som et af de mest grundlæggende fænomener i naturen. Elektriske impulser løber konstant igennem vores kroppe, og endda selve vores materie holdes sammen af elektriske ladninger. På trods af dette skulle elektricitet stadig opdages, og der er en del kontroverser om, hvem der var den første, der gjorde dette.
Opdageren kan have været den engelske læge William Gilbert, som var den første, der brugte ordet “electricus” i år 1600. Det kan også have været den engelske videnskabsmand Thomas Browne, der opfandt ordet “elektricitet” et par år senere.
Amerikanere foretrækker at tro, at det var opfinderen Benjamin Franklin, der beviste, at lyn var elektricitet i 1752. Men der er endda bevis for, at de gamle grækere og persere kendte til elektricitet. Hvem end der får prisen, så er det sikkert at de opdagede jævnstrøm (Direct Current = DC-elektricitet). Vekselstrøm (Alternating current = AC-elektricitet) kom ikke med før i det 19. århundrede.
Vekselstrøm (AC) og jævnstrøm (DC) er også bemærkelsesværdige for at have inspireret til navnet på et ikonisk metalbånd, nemlig AC/DC.
Hvad er jævnstrøm? (DC)
Forskere visualiserer elektricitet som strømmen af negativt ladede partikler kaldet elektroner. Det er de samme partikler, der kredser rundt om kernerne i alle atomer.
De to grundlæggende love om elektricitet er, at modsætninger tiltrækkes og ens frastøder hinanden. Som konsekvens af dette vil elektroner strømme mod en positiv terminal og væk fra en negativ. Strømningen forekommer kun i en retning, og styrken af strømmen eller strømstyrken afhænger af forskellen i ladning mellem de to terminaler. Forskellen er spændingen mellem terminalerne.
I fravær af ekstern input, vil elektronerne samle sig på den positive terminal og reducere potentialeforskellen mellem de to terminaler, og til sidst stopper strømmen.
Eksempler på jævnstrøm
Det bedst kendte eksempel på jævnstrømstrøm er måske et lyn eller et lynnedslag. At bevise, at lyn er et elektrisk fænomen, var Benjamin Franklins virkelige præstation. Franklin fløj en drage i tordenvejr og fastgjorde en nøgle til dragestrengen. Da nøglen blev elektrisk ladet og gav ham et mildt chok, blev han bekræftet. Han havde bevist, at elektriske ladninger bygger sig op i skyerne, og at lynet er en udladning af denne elektriske energi i et øjeblikkeligt lyn af jævnstrøm.
Et batteri er en anden almindelig kilde til jævnstrøm. Et batteri består af et par modsat ladede terminaler, og når du forbinder terminalerne med en leder, strømmer der strøm fra den negative terminal (katoden) til den positive (anoden).
Opladnings-forskellen i et batteri leveres typisk af en kemisk proces i kernen, og denne proces kan kun fortsætte i et begrænset tidsrum. Hvis du fortsætter med at trække strøm fra et batteri, stopper det til sidst med at producere strøm og bliver fladt.
Hvad er vekselstrøm? (AC)
Den engelske fysiker Michael Faraday opdagede elektromagnetisk induktion i 1831, da han fandt ud af at han kunne generere en elektrisk ladning i en spole af ledende ledning ved at bevæge en magnet frem og tilbage inde i spolen.
Af afgørende betydning bemærkede Faraday, at strømmen ændrede retning, hver gang han ændrede magnetens retning. Den franske instrumentproducent Hippolyte Pixii brugte denne opdagelse til at bygge den første vekselstrømsgenerator i 1832.
AC-elektricitet (vekselstrøm) produceres altid af en induktionsgenerator af den type, der er bygget af Pixii, selvom moderne generatorer er langt mere sofistikerede end Pixii’s maskine. Generatoren kan anvende roterende magneter, eller den kan have en roterende spole, men der er altid en slags rotation involveret, og rotationsperioden definerer, hvor ofte strømmen ændrer retning.
Fordi retningen skiftes, har vekselstrøm en tilhørende frekvens, hvilket er antallet af gange i sekundet, det vender.
Eksempler på vekselstrøm
Du behøver ikke kigge langt for at finde eksempler på vekselstrøm. Du finder det i lysene i det rum, hvor du sidder, samt klimaanlægget, den elektriske ovn og alle andre apparater, kører med vekselstrøm, hvilket er genereret på dit lokale kraftværk.
De fleste kraftværker bruger damp genereret af fossile brændstoffer, nuklear fission eller geotermiske processer til at roterer en turbine. Turbinen genererer elektricitet ved elektromagnetisk induktion, og rotationshastigheden styres omhyggeligt for at producere elektricitet med en fast frekvens. I Nordamerika er frekvensen 60 Hz (cyklusser pr. Sekund), men i det meste af resten af verden er det 50 Hz, hvilket også gælder Danmark.
Vindmøller er vedvarende energikilder, der også genererer vekselstrøm, men de er afhængige af at vinden roterer deres turbiner i stedet for fossile brændstoffer eller nukleart brændsel. Nogle bølgeneratorer har også turbiner, der producerer vekselstrøm. Når bølgerne komprimerer et hydraulisk system eller en lomme med lukket luft, bruges den lagrede energi til at dreje en turbine.
Forskelle mellem jævnstrøm og vekselstrøm
I den elektrificerede verden i det 21. århundrede er det svært at forestille sig en tid, hvor der ikke var elektricitet, men den tid er ikke så længe siden. I slutningen af det 19. århundrede var pæren blevet opfundet, men der var ingen måde at generere strøm på og dermed få den ind i hjemmet, så folk kunne bruge den nye opfindelse.
Thomas Edison, der hjalp med at udvikle og markedsføre lyspærer, var positiv for et netværk af DC-genererende stationer, mens Nikola Tesla, en serbisk opfinder og tidligere ansat af Edison, foretrak AC-generatorer. Tesla vandt, og her er nogle af grundene:
- Ved de spændinger, der er nødvendige til bred brug af elektricitet, kan vekselstrøm transmitteres videre langs kraftledninger med mindre spændingsfald. Hvis Edison havde sejret, og DC-elektricitet var blevet standarden, ville det have været nødvendigt at have kraftværker inden for 1,6 km eller en mil fra hinanden. På den anden side var Tesla i stand til at drive hele byen Buffalo, New York, med en enkelt induktionsgenerator placeret under Niagara Falls med en afstand på ca. 31 km.
- AC-strømproduktion er billigere. En hydroelektrisk generator som den ved Niagara Falls kan skabe elektricitet fra en naturlig proces. Ingen anden input er nødvendig.
- Spændingen i vekselstrøm kan ændres med en transformer. På tidspunktet for Tesla og Edison var dette ikke muligt med jævnstrøm. I dag er der imidlertid transformatorer, der anvender interne kredsløb eller invertere til at ændre spændingen i jævnstrøm.
Ændring fra vekselstrøm til jævnstrøm og tilbage igen
Selvom den elektricitet, der kommer gennem kraftledningerne, er vekselstrøm, kræver elektronikudstyr ofte jævnstrøm. I et kredsløbsdiagram er jævnstrømssymbolet en lige linje med tre prikker eller linier under det, mens den for vekselstrøm er en enkelt bølget linje. For at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm bruger elektronikspecialister normalt et kredsløbskomponent kaldet en diode eller rectifier (ensretter). Det fører kun strøm i en retning og skaber således et pulserende DC-signal fra en vekselstrømskilde.
Værktøjet til konvertering af jævnstrøm til vekselstrøm kaldes en inverter. Den bruger transistorer, som er kredsløbskomponenter, der kan tænde og slukke meget hurtigt, til at lede strøm langs en række kredsløbsveje, der effektivt ændrer dens retning over et par af centrale terminaler, hvilket er den del af kredsløbet, som du fastgør AC belastningen. Omformere/Invertere bruges i elektriske køretøjer. De bruges også i fotovoltaiske systemer til at konvertere jævnstrøm, der genereres af solcellepaneler, til vekselstrøm til brug i hjemmet.
Jeg håber dette indlæg gav dig den viden om jævnstrøm og vekselstrøm du søgte. Du er altid velkommen til at smide en kommentar herunder hvis du har spørgsmål eller forslag til tilføjelser eller rettelser.
Ønsker du at læse flere som handler om nogle af fysikkens mysterier? Så tag et kig på dette indlæg om hvordan magneter fungere!
Skriv en kommentar
Want to join the discussion?Feel free to contribute!