— Objavljeno 08/03/2026 / Bug.hr.
Bežična komunikacija radiovalovima, na kojoj se temelje mobiteli i WIFI, proizašla je iz jedne naizgled šašave ideje da izvor napona u strujnim krugovima ne bude istosmjerni nego izmjenični
Istosmjerni izvor napona u strujnim krugovima djeluje prirodno i razumno, zar ne? Uostalom, baterije električnih automobila, laptopa i mobitela izvori su istosmjerne struje. I elektroenergetski sustav temeljan na istosmjernoj struji povijesno je bio prvi. Tko je uopće uveo te izvore izmjeničnog napona i zašto?
Ideja izmjenične struje, koja teče u strujnom krugu s izvorom izmjeničnog napona, nije nastala odjednom, kao nečiji pojedinačni izum. Razvijala se postupno, tijekom 19. stoljeća, kako su fizičari (primjerice Michael Faraday) počeli razumijevati elektromagnetsku indukciju, a inženjeri (primjerice Nikola Tesla) graditi prve električne generatore. Električni generator, kao izvor električnog napona, prirodno daje izmjenični napon. A elektroenergetski sustav temeljan na istosmjernoj struji, koji povijesno jest bio prvi, koristio je komutatore koji su izmjeničnu struju ispravljali u istosmjernu. U to se vrijeme smatralo da je istosmjerna struja praktičnija. Usput, komutator nije izumio Edison, kao ni žarulju, nego Hippolyte Pixii prema sugestiji koju mu je dao André-Marie Ampère. Edison je izumio način kako da sve to unovči.
Dakle, izvori izmjeničnog napona zapravo su prvi i prirodni. Istosmjerni su naknadna korekcija. Ta se korekcija brzo pokazala lošom u slučaju elektroenergetskih sustava jer se kod izmjeničnih sustava lako transformirao napon što je omogućilo značajno smanjivanje gubitaka energije pri prijenosu. S druge strane, za strujne krugove električnih automobila, laptopa i mobitela praktičniji su istosmjerni izvori, baterije, no njih naravno treba puniti. A pune se na izmjeničnim izvorima uz pomoć transformatora i AC/DC konvertera. A njih ne bi bilo bez zavojnica i kondenzatora.
Kondenzatori
Kondenzatori, tradicionalno nazvani kondenzatori, su jednostavne naprave za pohranu električne energije koje na međusobno izoliranim pločama čuvaju određeni iznos električnog naboja. Taj iznos nije fiksan, kao što je kapacitet rezervoara (broj litara) fiksan, nego ovisi o električnom naponu. Električni kapacitet definira se kao omjer električnog naboja (pohranjenog na pločama) i električnog napona (između ploča).
U krugu istosmjerne struje kondenzator je praktički prekid. To nije doslovno isto kao prerezana žica, zato što kondenzator ima mogućnost primanja naboja na svoje ploče pa i u istosmjernom krugu s kondenzatorom struja privremeno teče. Ali iznos te struje nije stalan nego se eksponencijalno smanjuje. U krugu izmjenične struje kondenzator ne djeluje kao prekid. Kondenzator se naizmjenično puni, prazni pa ponovno puni, ali sa suprotnom polarizacijom i tako unedogled. Iznos struje se po definiciji stalno mijenja, ali se efektivna vrijednost (nešto poput prosjeka, ali nije obična srednja vrijednost) s vremenom ne mijenja, ne smanjuje se kao u krugu istosmjerne struje. No, još je jedna stvar važna: kondenzator u krugu izmjenične struje predstavlja otpor. Nazivamo ga kapacitivni otpor i on ovisi o frekvenciji izvora. Što je frekvencija naponskog izvora viša, kapacitivni otpor je manji. Za frekvenciju nula, što odgovara istosmjernoj struji, kapacitivni otpor je beskonačan.
Zavojnice
Zavojnice su također jednostavne naprave za pohranu električne energije u krugovima izmjenične struje. U tom smislu su iste kao i kondenzatori. Izvedba i načelo rada su bitno drukčiji. Dok najjednostavniji kondenzator čine dvije međusobno odvojene ploče, najjednostavniju zavojnicu čini namotana žica. U idealnom slučaju zavojnica nema omski otpor pa u krugu istosmjerne struje predstavlja kratki spoj.
U krugu izmjenične struje zavojnica ima induktivni otpor koji, kao i kod kondenzatora, ovisi o frekvenciji izvora izmjeničnog napona. Međutim, frekvencijska ovisnost je drukčija. Kod kondenzatora otpor pada s frekvencijom. Kod zavojnice raste. Što je frekvencija izvora izmjeničnog napona veća, induktivni otpor je veći. Kod frekvencije nula, što odgovara istosmjernoj struji, induktivnog otpora nema.
Miješani krugovi izmjenične struje i rezonancija
Ako u krugu izmjenične struje imamo i kondenzator i zavojnicu, spojene recimo serijski, onda se pojavljuje zanimljiv učinak. S porastom frekvencije induktivni otpor raste dok kapacitivni istodobno pada, i obrnuto. Ukupni otpor, poznat kao impedancija, bit će najveći pri niskim, kao i pri visokim frekvencijama izvora izmjeničnog napona. Međutim, postoji određena frekvencija pri kojoj je impedancija minimalana. Ta se frekvencija naziva rezonantna frekvencija. Pri rezonantnoj frekvenciji je onda struja u krugu maksimalna, odnosno prijenos energije iz naponskog izvora u strujni krug je maksimalan.
Dok je u građevinarstvu rezonancija zloglasna pojava koju se nastoji izbjeći, u elektrotehnici je ta ista rezonancija blaženstvo koje se nastoji postići. Ovo je lijep primjer da prirodne pojave nisu, same po sebi, dobre ili loše nego su takve samo iz naše perspektive. Ovisi o tome što nam je štetno ili korisno.
Otvoreni krugovi i radiokomunikacija
Energija koja se prenosi u strujnim krugovima izmjenične struje ne putuje samo kroz vodič nego ponajprije kroz elektromagnetsko polje u prostoru oko vodiča. Poput nekih duhova koji nisu zarobljeni u tijelima nego slobodno lebde tu negdje, u blizini. Nadam se da ovu metaforu nećete shvatiti doslovno. Duhovi nisu materijalni i nisu stvarni. Elektromagnetsko polje također nije materijalno, ali jest stvarno. Polje je fizički entitet.
Polja oko vodiča su promjenljiva, kao što su i struja i napon promjenljivi. Što znači da električno polje stvara magnetsko, a magnetsko pak stvara električno. I tu smo nadomak elektromagnetskih valova. Samo treba duhove (ona polja koja lebde uz vodiče) pustiti iz boce. To se radi tako, u vrlo pojednostavljenoj slici, da se kondenzator rastvori, ploče se izokrenu pa se dobije... antena. Strujni krug s izvorom izmjeničnog napona i antenom je predajnik. Drugi takav krug, s antenom ali bez izvora, je prijemnik. U njemu elektromagnetsko polje koje pada na antenu može potaknuti titranje električnog naboja u krugu odnosno izazvati izmjeničnu električnu struju. Ta je struja najjača ako je, već pogađate, strujni krug frekvencijski ugođen tako da je ostvarena rezonancija pri čemu vlastita titrajna frekvencija, koja ovisi o iznosima kapaciteta kondenzatora i induktivnosti zavojnice, upravo odgovara frekvenciji elektromagnetskog vala. To ostvarujete kad na radioprijemniku birate frekvenciju omiljene radiopostaje.