Elektřina

Elektřina
Pojmenování jí dal anglický lékař William Gilbert okolo roku 1600, který jako první popsal některé poznatky o této síle a nazval ji podle řeckého slova elektron – jantar. Jantar (zkamenělá pryskyřice pravěkých stromů) třený kožešinou se zelektrovává a přitahuje k sobě lehké částečky prachu, popela, papíru atd. Pokusy s ním se prováděly již ve starém Řecku, ale teprve William Gilbert se jim vědecky věnoval a jejich výsledky zaznamenával.

Elektron
Základním nositelem elektrického náboje je elektron. Je to částice, kterou obsahuje každý atom. Atomy všech látek mají jeden nebo více elektronů. Počet elektronů v atomu se obvykle rovná počtu protonů v jádře. Každý elektron nese záporný náboj a každý proton nese kladný náboj.

Ionty
Většinou má každý záporný náboj v atomu svůj protějšek a proto jsou atomy elektricky neutrální. Jsou však i případy, kdy tomu tak není. Někdy atomy elektron ztrácejí nebo naopak získávají, přestávají být neutrální, a pak jim říkáme ionty. Má-li atom více elektronů než protonů, je to záporný iont. Odtržením elektronu od atomu vzniká naopak iont kladný. Kolem každého iontu vzniká elektrické pole, jehož vliv je pro vznik elektrického proudu nanejvýš důležitý.

Proč dochází k odtržení elektronu od atomu?
Důvodem může být srážka atomu s cizím elektronem nebo mikročásticí, s fotonem (pulsem světla), působení vysoké teploty nebo chemické reakce.
V pevných látkách to bývá působením okolních atomů při vzniku krystalu. V kovech je přitažlivé působení atomů tak silné, že se část elektronů odpoutává a pohybuje se krystalem téměř volně v poli kladných iontů. Tvoří tzv. elektronový plyn.
Obecně lze říci, že čím více volných elektronů látka obsahuje, tím větší je její vodivost.
Vodivost je vlastnost látek (vodičů), které dobře vedou elektřinu. Jsou to především kovy (stříbro, měď, hliník atd.), uhlík, nahřáté plyny, vodné roztoky solí, zem a lidské tělo.
Jiné látky jako například vzduch, guma, hedvábí a některé plastické hmoty vedou elektřinu špatně. Jsou to izolanty a používají se k izolaci vodičů.
Polovodiče jsou zase skupinou látek, které se chovají částečně jako vodiče a částečně jako izolanty. Je to například germanium, křemík, oxid měďnatý. Jejich vlastností se využívá pro nejrůznější účely. Můžeme z nich vyrobit tzv. elektrický „ventil“, který elektronům dovolí, aby se pohybovaly pouze jediným směrem. Proto se tomuto ventilu říká také usměrňovač. Používá se v miniaturních přijímačích, ale i v největších měnírnách elektrického proudu k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný.

Zdroje elektrické energie
Elektrická energie se vyrábí dvěma základními způsoby. Buď přeměnou chemické energie na elektrickou v článcích nebo přeměnou mechanické energie na elektrickou v točivých strojích zvaných generátory.

Suchý článek
V primárních, tzv. suchých článcích vzniká elektřina na základě chemických reakcí látek, které suchý článek tvoří. Nevýhodou tohoto článku je, že jakmile se chemické látky uvnitř článku spotřebují, přestávají probíhat chemické reakce, článek přestává dodávat elektrickou energii, a musí být nahrazen novým.

Akumulátor
Akumulátor je jiný typ článku, který elektrickou energii sice přímo nevyrábí, ale umí ji hromadit. Elektřina do něj musí být dodána dříve, než ji z něj lze v podobě elektrického proudu čerpat. Z toho plyne, že akumulátor je nutné nejprve nabít, a potom, a potom jej postupně tak, jak je z něj elektrická energie odčerpávána, tzv. dobíjet.

Generátor
Nejdůležitějším zdrojem elektrické energie jsou generátory umístěné v elektrárnách. Jsou to točivé stroje, které jsou mechanicky připojeny ke hřídeli turbíny. Celá jednotka se otáčí rychlostí 3000 otáček za minutu. Pracují na principu elektromagnetické indukce a přeměňují mechanickou práci na elektrickou energii.
Generátory na výrobu střídavého proudu se jmenují alternátory, stejnosměrný proud vyrábějí dynama.
V elektrárnách na našem území se k výrobě elektrické energie používají výhradně alternátory, které produkují střídavý proud. Ten má napětí 10-15 kV podle velikosti generátoru. Ještě v objektu elektrárny se proud transformuje na velmi vysoké napětí. U většiny elektráren na 400 kV. Pak se rozvádí vedením do rozvodné sítě.
Z původních dvou koncepcí – rozvod střídavého proudu a rozvod stejnosměrného proudu, se ukázala jako jednoznačně výhodnější koncepce první. Střídavý proud je totiž možné díky transformaci rozvádět při velmi vysokém napětí, což v konečném důsledku znamená, že ztráty způsobené odporem vodiče výrazně klesnou.

Přenos a rozvod elektrické energie
Současnou přenosovou soustavu můžeme rozdělit do dvou skupin. První obsahuje sítě pro přenos velmi vysokého napětí – 400 kV nebo 220 kV a propojuje všechny větší vodní, tepelné a jaderné elektrárny. Má dvojí úkol. Za prvé – dopravovat velké elektrické výkony do napájecích uzlů v krajích. Za druhé – spojovat naši energetickou soustavu s jinými soustavami sousedních zemí. A bez této mezinárodní spolupráce si dnes těžko umíme představit, jak by naše energetická soustava fungovala.
Druhá skupina, distribuční soustava, dodává energii k velkým odběratelům (továrny) i k malým odběratelům, do domácností. Aby to bylo možné, musí tisíce malých transformačních stanic snižovat vysoké napětí na nízké napětí v trojfázové soustavě 3x380/220 V, které odebíráme do našich spotřebičů.