Proizvodnja električne energije
Proizvodnja električne energije koristi električnu potencijalnu energiju koja nastaje odvajanjem elektrona iz elektronskih omotača atoma. Odvajanje se može postići elektromehaničkom energetskom pretvorbom (elektromagnetska indukcija), termoelektričnom (Seebeckov učinak ili efekt), termoionskom, fotoelektričnom pretvorbom (fotoelektrični učinak ili fotoefekt kao na primjer kod fotonaponske ćelije), izravnom pretvorbom kemijske u električnu energiju u gorivnom članku, magnetohidrodinamičkim generatorom. Jedna je od bitnih značajki proizvodnje električne energije što se ona ne može uskladištiti, nego se mora proizvoditi onda kada je potrebna. Zbog toga se elektrane i cijeli elektroenergetski sustav izgrađuju tako da mogu trenutačno zadovoljiti potražnju za električnom energijom.[1]
Izvori električne struje u svakodnevnom životu dakle mogu biti:
- mehanički, i to električni generatori istosmjerne i izmjenične struje u kojima se mehanički rad pretvara u električnu energiju,
- kemijski, i to galvanski članci i akumulatori koji proizvode električnu energiju na račun kemijskih procesa koji se u njima zbivaju,
- fotonaponske ćelije koje energiju svjetlosti pretvaraju u električnu energiju,
- termočlanci ili termoelementi u kojima se toplinska energija pretvara u električnu (termoelektricitet).
Električna struja je gibanje slobodnih elektrona, to jest negativno nabijenih čestica. Do takvog gibanja dolazi u nekom električnom vodiču ako je on svojim krajevima priključen na polove nekog izvora struje između kojih postoji električni napon. Kako napon između polova nastaje zbog razlike količine elektrona, to elektroni nastoje tu razliku izjednačiti tako da se gibaju od pola, gdje ih ima previše, prema polu, gdje ih ima premalo. Vlada li između obiju vodljivo spojenih točaka nekoga izvora struje stalni električni napon, u električnom vodiču će teći električna struja. Onaj pol izvora struje koji ima viši električni potencijal označuje se s plus (+), a pol koji ima niži potencijal s minus (-).
Za svako gibanje postoji neki uzrok. Tako je na primjer uzrok gibanju vode u vodovodnim cijevima razlika tlaka, a uzrok gibanju elektrona je elektromotorna sila (EMS), to jest ona sila koja stvara razliku električnih potencijala, to jest električni napon. Uređaji koji stvaraju elektromotornu silu zovu se izvori struje. Takav je na primjer izvor struje džepna baterija. Da struja može teći, strujni krug mora biti zatvoren. Strujni krug se sastoji od izvora struje i električnih vodiča koji su priključeni na njegove polove. Za otvaranje i zatvaranje strujnih krugova služe različiti prekidači ili sklopke. Otvori li se strujni krug, na primjer kod džepne baterije, elektromotorna sila će i dalje tjerati elektrone, pa će na negativnom polu nastati suvišak, a na pozitivnome manjak elektrona. Između polova vladat će, dakle, napeto stanje koje se zove električni napon (električna napetost), što je posljedica elektromotorne sile.
Rekli smo 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 se u elektrotehnici obično uzima protivni 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. Najobičnija je istosmjerna struja koja teče uvijek u istom smjeru i ne mijenja naglo svoju jakost. No danas se mnogo više upotrebljava izmjenična struja koja neprestano mijenja jakost i svoj smjer.[2]