Transformátory a přenos energie

Elektrický výkon je dán součinem napětí a proudu. Stačí vynásobit napětí a proud a zjistíme výkon. Stejného výkonu tedy dosáhneme kombinací „malé napětí a velký proud“ i kombinací „vysoké napětí a malý proud“. Pokud má elektrárna dodat do města požadovaný výkon, má tedy širokou nabídku poměrů proudu vůči napětí. Jenže ouha. Při vysokých proudech dochází k obrovským tepelným ztrátám. Aby se elektrický výkon po cestě z elektrárny neměnil na zbytečné teplo a do města nedorazil nedostatečně nízký, musí si elektrárna zvolit kombinaci „vysoké napětí a nízký proud“. Z hlediska bezpečnosti práce ovšem není přípustné, aby byli lidé běžně v kontaktu s vysokým napětím. Ať už zaměstnanec elektrárny nebo těhotná maminka s mixérem v kuchyni. Pro práci chceme napětí nízké, pro přenos vysoké. Jen tak zůstane zachovaný elektrický výkon i bezpečí všech lidí. 

V elektrárně je tedy potřeba transformovat elektřinu na vysoké napětí, aby putovala bez tepelných ztrát až ke spotřebitelům. U nich je naopak nutné elektřinu transformovat zpět na nízké napětí. Bez zbytečných ztrát, bez zbytečného nebezpečí, stále se stejným výkonem. Zařízení, které umožňuje transformovat elektřinu tímto způsobem, se nazývá transformátor. Nejjednodušeji ho lze popsat jako dvě cívky, které nejsou vodivě spojené a liší se počtem závitů. Tečka. A co s tím? Pokud je v elektrárně do cívky s menším počtem závitů puštěn proud, indukuje se na sousední cívce napětí tolikrát vyšší, kolikrát více má závitů. 

Ha. A co to je ta indukce? Elektřina a magnetismus jsou dva provázané světy. Proto se spojují do termínu elektromagnetismus. Elektřina dokáže způsobit magnetismus, magnetismus zase elektřinu. Z vlastní zkušenosti všichni znáte, že magnetické pole působí na dálku. Zkuste udržet magnet milimetr od lednice ;-) Pokud jednou cívkou teče elektrický proud, vzniká kolem této cívky magnetické pole. Toto magnetické pole dosáhne až do druhé cívky a vyvolá v ní elektrické pole. Takže i když cívky nejsou vodivě spojené, pokud je jedna pod proudem, tak díky magnetickému přenosu začne být pod proudem i druhá. To je ta veleslavná elektromagnetická indukce. Přenos elektřiny na dálku pomocí magnetismu, např. mezi cívkami transformátoru. Tedy opět: Pokud je v elektrárně do cívky s menším počtem závitů puštěn proud, indukuje se na sousední cívce napětí tolikrát vyšší, kolikrát více má závitů. Voilá, vysokonapěťový přenos může začít. 

Pokud v domácnosti do elektrické zásuvky (dodává 230 V) zapojíte nabíječku na mobil (vyžaduje kolem 5 V), děje se proces opačný. V nabíječce je transformátor, jehož primární cívka má vyšší počet závitů. Pokud do cívky s vyšším počtem závitů pustíme proud, indukuje se na sousední cívce napětí tolikrát menší, kolikrát méně má závitů. Hurá, teď pro změnu může začít nízkonapěťová spotřeba. A proto jsou transformátory skoro ve všem, co zapojujeme do zásuvek. 

V iQLANDII se můžete setkat s dalším zajímavým transformátorem. Jeho tvůrce byl Nikola Tesla, srbský fyzik, konstruktér a velmi schopný elektrotechnik. Jeho práce se stala základem mnoha moderních technologií. Tesla byl vizionář, který předpověděl rozvoj elektrických zařízení, a dokonce i vznik celosvětové informační bezdrátové sítě pro přenos hlasu, textu a obrazu. Sám uskutečnil první bezdrátový telekomunikační přenos a věřil technologii bezdrátového šíření energie. Tesla neměl podnikatelské ambice a kvůli svým experimentům se často zadlužoval. Z jeho dlouholetých experimentů s bezdrátovým přenosem elektrické energie pomocí vysokofrekvenčního pole zůstaly do dnešních dnů zachovány pouze Teslovy transformátory.

Více o nich ve videu: