El corrent altern (CA) és un dels dos tipus de corrent elèctric que s'utilitzen per transmetre electricitat. Es produeix mitjançant generadors dissenyats específicament per a aquest fi. Aquests generadors de CA converteixen l'energia mecànica en energia elèctrica, cosa que facilita una producció eficient.
El descobriment i desenvolupament del corrent altern (CA) va involucrar múltiples pioners al llarg del temps.
El 1831, Michael Faraday va establir les bases amb el seu descobriment de la inducció electromagnètica. Va demostrar que un camp magnètic canviant podia induir un corrent elèctric en un conductor, un principi essencial per generar corrent altern. A partir d'això, Hippolyte Pixii va construir un generador primerenc el 1832 que produïa corrent altern, encara que sovint es convertia en corrent continu (CC) per al seu ús en aquesta època.
A mitjan el segle XIX, enginyers com Zénobe Théophile Gramme van millorar les màquines dinamo capaces de generar corrent altern. Més tard, Lucien Gaulard i John Dixon Gibbs van introduir els transformadors i van començar a explorar el potencial del corrent altern per a la transmissió elèctrica, reconeixent-ne els avantatges per a la distribució d'energia a llarga distància.
No obstant això, va ser Nikola Tesla a la dècada de 1880 qui va revolucionar l'ús del corrent altern. Tesla va desenvolupar el motor d'inducció i generadors de corrent altern avançats, fet que va permetre la conversió eficient d'energia mecànica en energia elèctrica alterna. El seu treball va permetre transmetre corrent altern a llargues distàncies amb una pèrdua d'energia mínima, una millora important pel que fa als sistemes de corrent continu.
Les innovacions de Tesla, combinades amb el suport financer i comercial de George Westinghouse , van fer que el corrent altern es convertís en el sistema dominant per a la generació i distribució d'electricitat. Si bé Faraday va proporcionar la base teòrica, les contribucions de Tesla van fer que el corrent altern fos pràctica i transformadora per als sistemes elèctrics moderns.
Els inicis de l'electricitat: de CC a CA
Als primers temps de l'ús de l'electricitat, durant el segle XIX, el corrent continu (CC) era el sistema dominant. Tot i això, amb l'arribada del corrent altern, iniciat pel científic Nikola Tesla, el món va experimentar un canvi revolucionari en la manera de generar, transmetre i utilitzar l'electricitat.
Descobriment de la força electromotriu
El descobriment de la força electromotriu (FEM) el va fer el científic britànic Michael Faraday el 1831. Faraday va observar que un conductor que gira dins un camp magnètic genera un flux constant d'electricitat. Aquest fenomen permet la conversió denergia mecànica en energia elèctrica.
El descobriment de Faraday, conegut com a inducció electromagnètica, va demostrar la interacció entre els camps elèctrics i magnètics, cosa que va conduir a la comprensió de la força electromagnètica. Dècades més tard, James Clerk Maxwell va expressar matemàticament aquests principis a través de les seves famoses equacions.
Nikola Tesla i el sistema de distribució de corrent altern
Nikola Tesla va ser el primer a proposar un sistema de distribució d'electricitat mitjançant corrent altern. En aquella època, Tesla treballava per a l'empresa de Thomas Alva Edison.
El 1887, Tesla va construir amb èxit el primer prototip d'un motor d'inducció. Aquest motor funcionava amb un tipus de corrent elèctric en què els electrons canviaven de direcció periòdicament a causa de la polaritat alterna. Tesla es va adonar que els generadors de corrent altern produïen un flux elèctric que canviava de polaritat diverses vegades en un període de temps específic.
Els desafiaments de la transmissió de corrent continu (CC)
El principal desafiament de la transmissió denergia de corrent continu era trobar una forma eficient de transportar electricitat a llargues distàncies. El corrent continu, generat per dinamos, flueix en una sola direcció, amb pols positius i negatius constants.
Tot i això, la distribució de corrent continu tenia importants inconvenients: en llargues distàncies, provocava el sobreescalfament dels cables i la dissipació d'energia. Per solucionar-ho, calia augmentar l'amperatge, però això augmentava els costos i desaprofitava energia.
Per contra, els sistemes de corrent altern podrien elevar els nivells de voltatge, permetent que lelectricitat es transmeti a llargues distàncies amb una pèrdua mínima denergia.
L'eficiència del corrent altern (CA)
El corrent altern redueix significativament les pèrdues denergia a llargues distàncies en permetre la transmissió dalt voltatge. Tot i això, l'alt voltatge és perillós per als éssers vius, per la qual cosa és necessari reduir-lo abans de distribuir-lo a llars i fàbriques. Això s'aconsegueix mitjançant transformadors.
Lucien Gaulard i John Dixon Gibbs van desenvolupar el primer transformador per a aquest fi. Els transformadors permeten augmentar el voltatge a nivells molt alts (alt voltatge) mentre redueixen l'amperatge a nivells segurs.
El 1885, el físic William Stanley també va treballar en la millora de la transmissió de corrent altern. Va aplicar el principi d'inducció electromagnètica per transferir corrent altern entre circuits elèctricament aïllats. Tot i que els seus esforços no van tenir èxit immediatament, el sistema de Nikola Tesla va acabar convertint-se en l'estàndard per a la distribució d'electricitat.
Per què la distribució elèctrica es realitza mitjançant corrent altern?
Els principals avantatges de la distribució CA són bàsicament dos:
- Menors pèrdues denergia en llargues distàncies.
- Major confiabilitat i eficiència dels motors de CA.
Tesla va proposar al seu ocupador, Edison, fundador de General Electric, un sistema de distribució de corrent altern per resoldre els problemes de transmissió a llarga distància. No obstant això, Edison es va negar, ja que el seu sistema basat en corrent continu era el dominant comercialment en aquell moment.
Tot i la resistència inicial, els avantatges del sistema de corrent altern de Tesla finalment van prevaldre. Aquesta competència entre Tesla i Edison es va conèixer com la "Guerra dels Corrents", que buscava determinar quin era el millor sistema per a la distribució d'electricitat als Estats Units.
Westinghouse Electric Corporation va adquirir les patents de corrent altern de Tesla i va aconseguir contractes per a projectes importants, inclosa la central hidroelèctrica de les cascades del Niàgara. Al segle XX, els sistemes de distribució de corrent continu es van anar eliminant ràpidament. L'últim sistema d'il·luminació de corrent continu de la ciutat de Nova York es va tancar el 2007.
La propagació del corrent altern
L'adopció generalitzada del corrent altern (CA) es va veure facilitada en gran mesura pel desenvolupament de transformadors, que van permetre la transmissió eficient d'energia elèctrica a llargues distàncies amb una pèrdua mínima d'energia. Els transformadors ajusten els nivells de voltatge, cosa que permet la transmissió d'alt voltatge que redueix la dissipació d'energia i millora l'eficiència general.
Aquesta capacitat va fer que la CA fos més rendible per a la transmissió a llarga distància en comparació dels sistemes de corrent continu (CC).
La capacitat de transmetre energia de manera eficient a llargues distàncies va canviar les regles del joc per a la demanda creixent d'energia elèctrica.
En conseqüència, el corrent altern es va convertir en el sistema dominant de distribució d'electricitat a tot el món, condició que manté fins avui.