În lumea modernă, fiecare persoană a fost expusă la electricitate încă din copilărie. Prima mențiune despre acest fenomen natural datează din vremea filozofilor Aristotel și Thales, care au fost intrigați de proprietățile uimitoare și misterioase ale curentului electric. Dar abia în secolul al XVII-lea marile minți științifice au început o serie de descoperiri cu privire la energia electrică care continuă până în zilele noastre.
Descoperirea curentului electric și crearea de către Michael Faraday în 1831 a primului generator din lume au schimbat radical viața umană. Suntem obișnuiți cu faptul că viața noastră este ușoară de dispozitive care folosesc energie electrică, dar până acum majoritatea oamenilor nu au o înțelegere a acestui fenomen important. Pentru început, pentru a înțelege principiile de bază ale electricității, este necesar să studiem două definiții de bază: curentul electric și tensiunea.
Conţinut
Ce este curentul electric și tensiunea
Electricitate este mișcarea ordonată a particulelor încărcate (purtători de sarcină electrică). Purtătorii de curent electric sunt electronii (în metale şi gaze), cationi si anioni (în electroliţi), găuri la conductivitate electron-gaură. Acest fenomen se manifestă prin crearea unui câmp magnetic, modificarea compoziției chimice sau încălzirea conductorilor. Principalele caracteristici ale curentului sunt:
- puterea curentului, determinată de legea lui Ohm și măsurată în amperi (DAR), în formule se notează cu litera I;
- puterea, conform legii Joule-Lenz, măsurată în wați (mar), notat cu litera P;
- frecvență, măsurată în herți (Hz).
Curentul electric, ca purtător de energie, este folosit pentru a obține energie mecanică folosind motoare electrice, pentru a obține energie termică în aparate de încălzire, sudură electrică și încălzitoare, pentru a excita unde electromagnetice de diferite frecvențe, pentru a crea un câmp magnetic în electromagneți și pentru a obține lumină energie în corpuri de iluminat și diverse tipuri de lămpi.
Voltaj este munca efectuată de câmpul electric pentru a muta o sarcină de 1 pandantiv (Cl) dintr-un punct al conductorului în altul. Pe baza acestei definiții, este încă greu de înțeles ce este stresul.
Pentru ca particulele încărcate să se deplaseze de la un pol la altul, este necesar să se creeze o diferență de potențial între acești poli (Aceasta este ceea ce se numește tensiune.). Unitatea de măsură a tensiunii este voltul (LA).
Pentru a înțelege în sfârșit definiția curentului și tensiunii electrice, se poate face o analogie interesantă: imaginați-vă că sarcina electrică este apă, apoi presiunea apei din coloană este tensiunea și viteza debitului de apă în conductă. este puterea curentului electric. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai mare curentul electric.
Ce este curentul alternativ
Dacă schimbați polaritatea potențialelor, atunci direcția fluxului de curent electric se schimbă. Acest curent este numit variabil. Numărul de schimbări de direcție într-o anumită perioadă de timp se numește frecvență și se măsoară, după cum sa menționat mai sus, în herți (Hz). De exemplu, într-o rețea electrică standard din țara noastră, frecvența este de 50 Hz, adică direcția de mișcare a curentului se schimbă de 50 de ori pe secundă.
Ce este curentul continuu
Când mișcarea ordonată a particulelor încărcate are întotdeauna o singură direcție, atunci un astfel de curent se numește constant. Curentul continuu apare într-o rețea cu tensiune constantă atunci când polaritatea sarcinilor pe o parte și pe cealaltă este constantă în timp. Este foarte des folosit în diverse dispozitive și tehnologii electronice, atunci când nu este necesară transmiterea energiei pe distanțe lungi.
Surse de curent electric
Sursa de curent electric de obicei numit dispozitiv sau dispozitiv cu ajutorul căruia se poate crea un curent electric într-un circuit. Astfel de dispozitive pot crea atât curent alternativ, cât și curent continuu. Conform metodei de creare a curentului electric, acestea sunt împărțite în mecanice, ușoare, termice și chimice.
Mecanic Sursele de curent electric transformă energia mecanică în energie electrică.Aceste echipamente sunt de diferite tipuri. generatoare, care, datorită rotației electromagnetului în jurul bobinei motoarelor asincrone, produc un curent electric alternativ.
ușoară sursele convertesc energia fotonică (energie luminoasă) în energie electrică. Ei folosesc proprietatea semiconductorilor de a produce tensiune atunci când sunt expuși la un flux luminos. Panourile solare sunt un astfel de dispozitiv.
Termic - transformă energia termică în electricitate datorită diferenței de temperatură dintre două perechi de semiconductori în contact - termocupluri. Mărimea curentului în astfel de dispozitive este direct legată de diferența de temperatură: cu cât diferența este mai mare, cu atât puterea curentului este mai mare. Astfel de surse sunt utilizate, de exemplu, în centralele geotermale.
Chimic o sursă de curent produce energie electrică ca urmare a reacțiilor chimice. De exemplu, astfel de dispozitive includ diferite tipuri de baterii galvanice și acumulatori. Sursele de curent bazate pe celule galvanice sunt utilizate de obicei în dispozitive autonome, mașini, tehnologie și sunt surse de curent continuu.
Conversie AC în DC
Dispozitivele electrice din lume folosesc curent continuu și alternativ. Prin urmare, este nevoie de a converti un curent în altul sau invers.
Din curentul alternativ, curentul continuu poate fi obținut folosind o punte de diode sau, așa cum se mai numește, un „redresor”. Miezul unui redresor este o diodă semiconductoare care conduce electricitatea într-o singură direcție. După această diodă, curentul nu își schimbă direcția, dar apar ondulații, care sunt eliminate cu ajutorul condensatoare si alte filtre. Redresoarele sunt disponibile în versiuni mecanice, electrovacuum sau semiconductoare.
În funcție de calitatea fabricării unui astfel de dispozitiv, ondulația curentului la ieșire va avea o valoare diferită, de regulă, cu cât dispozitivul este mai scump și mai bun, cu atât ondulația este mai mică și curentul este mai curat. Un exemplu de astfel de dispozitive sunt Surse de alimentare diverse dispozitive si incarcatoare, redresoare de centrale electrice in diverse moduri de transport, aparate de sudura DC si altele.
Invertoarele sunt folosite pentru a converti curentul continuu în curent alternativ. Astfel de dispozitive generează o tensiune alternativă cu o sinusoidă. Există mai multe tipuri de astfel de dispozitive: invertoare cu motoare electrice, relee și electronice. Toate diferă unele de altele prin calitatea curentului alternativ de ieșire, cost și dimensiune. Un exemplu de astfel de dispozitiv sunt sursele de alimentare neîntreruptibile, invertoarele în mașini sau, de exemplu, în centralele solare.
Unde se folosește și care sunt avantajele curentului alternativ și continuu
Diverse sarcini pot necesita utilizarea atât a AC cât și a DC. Fiecare tip de curent are propriile sale avantaje și dezavantaje.
Curent alternativ cel mai des folosit atunci când este nevoie de a transmite curent pe distanțe mari. Este mai oportun să se transmită un astfel de curent din punctul de vedere al posibilelor pierderi și al costului echipamentului. De aceea majoritatea aparatelor și mecanismelor electrice folosesc doar acest tip de curent.
Casele de locuit și întreprinderile, infrastructura și facilitățile de transport sunt situate la distanță de centralele electrice, deci toate rețelele electrice sunt AC. Astfel de rețele alimentează toate aparatele de uz casnic, echipamentele industriale, locomotivele de tren. Există un număr incredibil de dispozitive care funcționează pe curent alternativ și este mult mai ușor de descris acele dispozitive care folosesc curent continuu.
DC utilizat în sisteme autonome, cum ar fi sistemele de bord ale mașinilor, aeronavelor, navelor sau trenurilor electrice. Este utilizat pe scară largă în alimentarea cu microcircuite de diferite electronice, în comunicații și alte echipamente, unde este necesar să se minimizeze cantitatea de interferență și ondulație sau să le elimine complet. În unele cazuri, un astfel de curent este utilizat în sudarea electrică cu ajutorul invertoarelor. Există chiar și locomotive de cale ferată care funcționează pe sisteme DC. În medicină, un astfel de curent este utilizat pentru a introduce medicamente în organism folosind electroforeză și, în scopuri științifice, pentru a separa diferite substanțe (electroforeza proteinelor etc.).
Denumiri pe aparate electrice și scheme
Adesea este necesar să se determine cu ce curent funcționează dispozitivul. La urma urmei, conectarea unui dispozitiv care funcționează pe curent continuu la o rețea electrică de curent alternativ va duce inevitabil la consecințe neplăcute: deteriorarea dispozitivului, incendiu, șoc electric. Pentru aceasta, există în general acceptate conventii pentru astfel de sisteme și chiar codificarea culorilor firelor.
În mod convențional, la aparatele electrice care funcționează pe curent continuu sunt indicate o linie, două linii continue sau o linie continuă împreună cu o linie punctată, situate una sub cealaltă. De asemenea, un astfel de curent este marcat cu o desemnare cu litere latine DC. Izolația electrică a firelor în sistemele DC pentru firul pozitiv este colorată în roșu, firul negativ în albastru sau negru.
La aparatele și mașinile electrice, curentul alternativ este indicat prin abrevierea engleză AC sau linie ondulată. Pe diagrame și în descrierea dispozitivelor, este indicat și prin două linii: pline și ondulate, situate una sub cealaltă. Conductorii în majoritatea cazurilor sunt desemnați după cum urmează: faza este maro sau neagră, zero este albastru și pământul este galben-verde.
De ce este folosit curentul alternativ mai des
Mai sus, am vorbit deja despre motivul pentru care curentul alternativ este utilizat în prezent mai des decât curentul continuu. Și totuși, să ne uităm la această problemă mai detaliat.
Dezbaterea despre ce curent să folosiți este mai bine se desfășoară încă de la descoperirile din domeniul electricității. Există chiar un „război al curenților” - confruntarea dintre Thomas Edison și Nikola Tesla pentru utilizarea unuia dintre tipurile de curent. Lupta dintre adepții acestor mari oameni de știință a durat până în 2007, când orașul New York a fost trecut la curent alternativ din curent continuu.
Cel mai mare motiv pentru care AC este folosit mai des este pentru că capacitatea de a-l transmite pe distante mari cu pierderi minime. Cu cât distanța dintre sursa de curent și consumatorul final este mai mare, cu atât rezistența este mai mare fire și pierderi de căldură pentru încălzirea lor.
Pentru a obține puterea maximă, este necesar să creșteți fie grosimea firelor (și astfel reduceți rezistența), sau creșteți tensiunea.
În sistemele de curent alternativ, puteți crește tensiunea cu o grosime minimă a firelor, reducând astfel costul liniilor electrice. Pentru sistemele cu curent continuu, nu există modalități accesibile și eficiente de a crește tensiunea și, prin urmare, pentru astfel de rețele este necesar fie creșterea grosimii conductorilor, fie construirea unui număr mare de centrale electrice mici. Ambele metode sunt costisitoare și cresc semnificativ costul energiei electrice în comparație cu rețelele de curent alternativ.
Cu ajutorul transformatoarelor electrice, tensiunea de curent alternativ este eficientă (cu eficienta de pana la 99%) pot fi schimbate în orice direcție de la valorile minime la maxime, ceea ce este și unul dintre avantajele importante ale rețelelor de curent alternativ. Utilizarea unui sistem trifazat de curent alternativ crește și mai mult eficiența, iar mașinile precum motoarele care funcționează cu curent alternativ sunt mult mai mici, mai ieftine și mai ușor de întreținut decât motoarele de curent continuu.
Pe baza celor de mai sus, putem concluziona că folosirea curentului alternativ este benefică în rețelele mari și la transmiterea energiei electrice pe distanțe mari, iar pentru funcționarea precisă și eficientă a dispozitivelor electronice și pentru dispozitivele autonome, este indicat să se folosească curent continuu.
Articole similare:
