Proud střídavý (rok 1913)

Stejnosměrný proud protéká vodičem neustále týmž směrem a ve stejné síle (nemění-li se ovšem napětí nebo odpor vodiče), mění střídavý proud stále svůj směr, proudí totiž v jistém okamžiku jedním směrem, v příštím okamžiku pak směrem opačným. Toto kmitání proudu možno názorným způsobem porovnati s pohybem vody v uzavřeném rourovodu, připojeném na pístovou pumpu (obr. 14.).

Pohybujeme-li pumpovním pístem pomocí klikového mechanismu, nastane v rourovodu kmitavý pohyb vodního sloupce, který odpovídá pohybu proudu střídavého ve vodiči. Mění-li střídavý proud dvakráte svůj směr, říkáme, že proběhl jednu periodu a jest u střídavého proudu zpravidla používaného počet period za jednu vteřinu roven 50, což by odpovídalo v uvedeném příkladu vodním 50ti obrátkám klikové hřídele za jednu vteřinu. (Počet period musí býti tak vysoký, an by jinak kmitání střídavého proudu v žárovkách bylo oku patrné.) Nemá tudíž střídavý proud nijakých stálých polů, jako proud stejnosměrný, a nejeví tudíž také žádných chemických účinků; rovněž tak nemá elektromagnet, vytvořený střídavým proudem, nijakých stálých polů, vzdor tomu však přitahuje železo stejně jako elektromagnet, buzený proudem stejnosměrným. Vlnitý pohyb střídavého proudu můžeme si též znázorniti křivkou následujícím způsobem:

Na vodorovné přímce naneseme jednotlivé časové okamžiky a na příslušných kolmicích naznačíme sílu proudu, který v dotyčném okamžiku právě ve vodiči proudí. Obdržíme tak vlnitou křivku dle obr. 15. Při vzniku proudu v okamžiku 1 jest proud roven nule, v příštím okamžiku však stoupá, až dosáhne v okamžiku 4 nejvyšší hodnoty; na to síla proudu opět klesá až do okamžiku 7. V tomto okamžiku jest síla proudu zase rovna nule. v příštím okamžiku již jde proud směrem opačným, až dostoupí v okamžiku 10 největší síly, tenkráte však ve směru opačném než jak tomu bylo v okamžiku 4. Na to opět proud slábne, až zase v okamžiku 1 jest jeho síla rovna nule, načež počne stoupati ve směru prvém.

Popsaný pohyb proudu opakuje se vlastně padesátkráte, čili nakreslená křivka znázorňuje nám pohyb proudu v době 1/50 vteřiny, t. j. po dobu jedné periody. Týž pohyb vykonává vodní sloupec ve výše zmíněném příkladu vodním za jednu obrátku kliky. Kdyby proudové vlny byly pomalejší, tu by v bodech 1 a 7 žárovka zhasla, neb aspoň jevila pozorovatelné ubývání svítivosti, an v těchto okamžicích žárovkovým vláknem nijaký proud neprochází. Je-li však kmitání proudu dosti rychlé, t. j. počet period za jednu vteřinu dostatečně velký (alespoň 50), pak nemá vlákno dosti času, aby úplně vychladlo a jelikož také lidské oko nemůže tak rychlé kmitání svítivosti sledovati, hoří žárovka zdánlivě úplně klidně. Má-li ku př. střídavý proud pouze 25 period ve vteřině, pak již můžeme blikání žárovky zcela dobře pozorovati; takový proud se ovšem pro osvětlovací účely nehodí.
V elektrických strojích pro střídavý proud vyrábí se proud, jehož napětí se dle popsané křivky mění a jelikož pak při stále stejném odporu ve vodiči závisí síla proudu, jak již známe, na napětí, mění se síla proudu současně s napětím, tedy taktéž dle obdobné vlnité křivky. V okamžiku 1 a 7 jest tedy jak napětí, tak i síla proudu rovna nule, v okamžicích 4 a 10 jest pak obé největší, ovšem v okamžiku 4 ve směru jednom, v okamžiku 10 ve směru opačném.

Pohybuje-li se vodič dle obr. 16. v magnetickém poli stejnoměrnou rychlostí, urazí ve stejných dobách stejné délky 1-2, 2-3, 3-4 atd.; v každé z těchto částí protíná však jiný počet magnetických silokřivek, an se stále mění směr jeho pohybu. V bodech 1 a 7 neprotíná vůbec žádné silokřivky, jest tudíž indukované napětí v tomto okamžiku a ovšem též proud ve vodiči rovno nule. V bodech 4 a 10 oproti tomu prochází vodič silokřivkami kolmo a protíná tudíž největší počet těchto; v bodech 4 a 10 bude tudíž indukované napětí a následkem toho též proud ve vodiči nejsilnější. Od bodu 2 až 6 pohybuje se vodič před severním magnetickým polem, t. j. proud se indukuje v jednom směru. Od bodu 7 až 12 pohybuje se vodič před jižním magnetickým polem a indukovaný proud probíhá vodičem směrem opačným.

Dle toho vidíme, že ve vodiči povstane shora popsaný střídavý proud, znázorněný vlnitou křivkou v obr. 15., ve kterém úsečky na kolmicích značí sílu proudu ve vodiči v jednotlivých jeho polohách. Při dalším otáčivém pohybu vodiče se tvar křivky stále opakuje. Při 50 obrátkách vodiče ve vteřině proběhne proud tuto křivku padesátkráte, čili má 50 period.
Jak později shledáme, tvoří elektromagnetická indukce proudu základ pro stavbu všech elektrických strojů.