I den moderne verden har hver person været udsat for elektricitet siden barndommen. Den første omtale af dette naturfænomen går tilbage til filosoffernes Aristoteles og Thales' tid, som var fascineret af den elektriske strøms fantastiske og mystiske egenskaber. Men det var først i det 17. århundrede, at store videnskabelige hjerner begyndte en række opdagelser vedrørende elektrisk energi, som fortsætter den dag i dag.
Opdagelsen af elektrisk strøm og Michael Faradays skabelse i 1831 af verdens første generator ændrede menneskelivet radikalt. Vi er vant til, at vores liv bliver lettere af enheder, der bruger elektrisk energi, men indtil nu har de fleste mennesker ikke en forståelse af dette vigtige fænomen. Til at begynde med, for at forstå de grundlæggende principper for elektricitet, er det nødvendigt at studere to grundlæggende definitioner: elektrisk strøm og spænding.
Indhold
Hvad er elektrisk strøm og spænding
Elektricitet er den ordnede bevægelse af ladede partikler (bærere af elektrisk ladning). Bærerne af elektrisk strøm er elektroner (i metaller og gasser), kationer og anioner (i elektrolytter), huller ved elektron-hul ledningsevne. Dette fænomen manifesteres ved skabelsen af et magnetfelt, en ændring i den kemiske sammensætning eller opvarmning af lederne. De vigtigste egenskaber ved strømmen er:
- strømstyrke, bestemt af Ohms lov og målt i ampere (MEN), i formlerne er angivet med bogstavet I;
- effekt, ifølge Joule-Lenz-loven, målt i watt (tir), angivet med bogstavet P;
- frekvens, målt i hertz (Hz).
Elektrisk strøm, som en energibærer, bruges til at opnå mekanisk energi ved hjælp af elektriske motorer, til at opnå termisk energi i varmeapparater, elektrisk svejsning og varmeapparater, til at excitere elektromagnetiske bølger med forskellige frekvenser, til at skabe et magnetfelt i elektromagneter og til at opnå lys energi i belysningsarmaturer og forskellige slags lamper. .
Spænding er det arbejde, som det elektriske felt udfører for at flytte en ladning på 1 vedhæng (Cl) fra et punkt på lederen til et andet. Ud fra denne definition er det stadig svært at forstå, hvad stress er.
For at ladede partikler kan bevæge sig fra en pol til en anden, er det nødvendigt at skabe en potentialforskel mellem disse poler (Det er det, man kalder spænding.). Spændingsenheden er volt (PÅ).
For endelig at forstå definitionen af elektrisk strøm og spænding kan der gives en interessant analogi: forestil dig, at den elektriske ladning er vand, så er trykket af vandet i søjlen spændingen og hastigheden af vandstrømmen i røret er styrken af den elektriske strøm. Jo højere spænding, jo større elektrisk strøm.
Hvad er vekselstrøm
Hvis du ændrer potentialernes polaritet, ændres retningen af strømmen af elektrisk strøm. Det er denne strøm, der kaldes variabel. Antallet af retningsændringer over en vis tidsperiode kaldes frekvens og måles, som nævnt ovenfor, i hertz (Hz). For eksempel i et standard elektrisk netværk i vores land er frekvensen 50 Hz, det vil sige, at retningen af den aktuelle bevægelse ændres 50 gange i sekundet.
Hvad er jævnstrøm
Når den ordnede bevægelse af ladede partikler altid kun har én retning, så kaldes en sådan strøm konstant. Jævnstrøm opstår i et konstant spændingsnetværk, når polariteten af ladningerne på den ene og den anden side er konstant over tid. Det er meget ofte brugt i forskellige elektroniske enheder og teknologi, når energitransmission over en lang afstand ikke er påkrævet.
Kilder til elektrisk strøm
Kilde til elektrisk strøm normalt kaldet en enhed eller enhed, med hvilken en elektrisk strøm kan skabes i et kredsløb. Sådanne enheder kan skabe både vekselstrøm og jævnstrøm. Ifølge metoden til at skabe en elektrisk strøm er de opdelt i mekaniske, lette, termiske og kemiske.
Mekanisk Elektriske strømkilder omdanner mekanisk energi til elektrisk energi.Dette udstyr er af forskellig art. generatorer, som på grund af elektromagnetens rotation omkring spolen af asynkronmotorer producerer en elektrisk vekselstrøm.
lys kilder omdanner fotonenergi (lys energi) til elektricitet. De bruger egenskaben af halvledere til at producere spænding, når de udsættes for en lysflux. Solpaneler er en sådan enhed.
Termisk - konvertere varmeenergi til elektricitet på grund af temperaturforskellen mellem to par af kontaktende halvledere - termoelementer. Størrelsen af strømmen i sådanne enheder er direkte relateret til temperaturforskellen: jo større forskel, jo større strømstyrke. Sådanne kilder bruges for eksempel i geotermiske kraftværker.
Kemisk en strømkilde producerer elektricitet som følge af kemiske reaktioner. For eksempel omfatter sådanne enheder forskellige slags galvaniske batterier og akkumulatorer. Strømkilder baseret på galvaniske celler bruges normalt i enkeltstående enheder, biler, teknologi og er jævnstrømskilder.
AC til DC konvertering
Elektriske enheder i verden bruger jævn- og vekselstrøm. Derfor er der behov for at konvertere en strøm til en anden eller omvendt.
Fra vekselstrøm kan jævnstrøm opnås ved hjælp af en diodebro eller, som det også kaldes, en "ensretter". Kernen i en ensretter er en halvlederdiode, der kun leder elektricitet i én retning. Efter denne diode ændrer strømmen ikke sin retning, men der opstår krusninger, som elimineres ved hjælp af kondensatorer og andre filtre. Ensrettere fås i mekaniske, elektrovakuum- eller halvlederversioner.
Afhængigt af kvaliteten af fremstillingen af en sådan enhed vil den nuværende krusning ved udgangen have en anden værdi, som regel, jo dyrere og bedre enheden er lavet, jo mindre krusning og jo renere er strømmen. Et eksempel på sådanne enheder er Strømforsyninger forskellige enheder og opladere, ensrettere af elkraftværker i forskellige transportformer, DC svejsemaskiner og andre.
Invertere bruges til at konvertere jævnstrøm til vekselstrøm. Sådanne enheder genererer en vekselspænding med en sinusformet. Der er flere typer af sådanne enheder: invertere med elektriske motorer, relæ og elektronisk. Alle af dem adskiller sig fra hinanden i kvaliteten af output vekselstrøm, pris og størrelse. Et eksempel på en sådan enhed er uafbrydelige strømforsyninger, invertere i biler eller for eksempel i solcelleanlæg.
Hvor bruges det, og hvad er fordelene ved veksel- og jævnstrøm
Forskellige opgaver kan kræve brug af både AC og DC. Hver type strøm har sine egne fordele og ulemper.
Vekselstrøm bruges oftest, når der er behov for at overføre strøm over lange afstande. Det er mere hensigtsmæssigt at transmittere en sådan strøm ud fra et synspunkt om mulige tab og udgifter til udstyr. Derfor bruger de fleste elektriske apparater og mekanismer kun denne type strøm.
Bolighuse og virksomheder, infrastruktur og transportfaciliteter er placeret i afstand fra kraftværker, så alle elektriske netværk er AC. Sådanne netværk fodrer alle husholdningsapparater, industrielt udstyr, toglokomotiver. Der er utroligt mange enheder, der kører på vekselstrøm, og det er meget nemmere at beskrive de enheder, der bruger jævnstrøm.
D.C bruges i autonome systemer, såsom systemer om bord i biler, fly, skibe eller elektriske tog. Det er meget udbredt i strømforsyningen til mikrokredsløb af forskellig elektronik, i kommunikations- og andet udstyr, hvor det er nødvendigt at minimere mængden af interferens og krusning eller helt eliminere dem. I nogle tilfælde bruges en sådan strøm til elektrisk svejsning ved hjælp af invertere. Der er endda jernbanelokomotiver, der kører på DC-systemer. I medicin bruges en sådan strøm til at introducere lægemidler i kroppen ved hjælp af elektroforese og til videnskabelige formål til at adskille forskellige stoffer (proteinelektroforese mv.).
Betegnelser på elektriske apparater og diagrammer
Ofte er der behov for at bestemme, ved hvilken strøm enheden fungerer. Når alt kommer til alt, vil tilslutning af en enhed, der fungerer på jævnstrøm, til et vekselstrømsnetværk, uundgåeligt føre til ubehagelige konsekvenser: skade på enheden, brand, elektrisk stød. For dette er der generelt accepteret konventioner til sådanne systemer og endda farvekodning af ledninger.
På elektriske apparater, der fungerer på jævnstrøm, er en linje, to fuldt optrukne linjer eller en fuldt optrukne linje sammen med en stiplet linje, placeret under hinanden, konventionelt angivet. Også en sådan strøm er markeret med en betegnelse med latinske bogstaver DC. Den elektriske isolering af ledninger i DC-systemer til den positive ledning er farvet rød, den negative ledning blå eller sort.
På elektriske apparater og maskiner er vekselstrøm angivet med den engelske forkortelse AC eller bølget linje. På diagrammerne og i beskrivelsen af enheder er det også angivet med to linjer: solid og bølget, placeret under hinanden. Ledere er i de fleste tilfælde udpeget som følger: fase er brun eller sort, nul er blå, og jord er gul-grøn.
Hvorfor bruges vekselstrøm oftere
Ovenfor har vi allerede talt om, hvorfor vekselstrøm i øjeblikket bruges oftere end jævnstrøm. Og alligevel, lad os se på dette spørgsmål mere detaljeret.
Debatten om, hvilken strøm der er bedst at bruge, har stået på siden opdagelserne inden for elektricitet. Der er endda sådan noget som en "strømningskrig" - konfrontationen mellem Thomas Edison og Nikola Tesla om brugen af en af strømtyperne. Kampen mellem tilhængerne af disse store videnskabsmænd varede indtil 2007, hvor byen New York blev skiftet til vekselstrøm fra jævnstrøm.
Den største grund til at AC bruges oftere er pga evnen til at overføre det over lange afstande med minimale tab. Jo større afstanden er mellem strømkilden og slutforbrugeren, jo større modstand ledninger og varmetab til deres opvarmning.
For at få maksimal effekt er det nødvendigt at øge enten tykkelsen af ledningerne (og derved reducere modstanden), eller øge spændingen.
I AC-systemer kan du øge spændingen med en minimumstykkelse af ledninger og derved reducere omkostningerne til elektriske ledninger. For systemer med jævnstrøm er der ingen overkommelige og effektive måder at øge spændingen på, og derfor er det for sådanne netværk nødvendigt enten at øge tykkelsen af lederne eller at bygge et stort antal små kraftværker. Begge disse metoder er dyre og øger prisen på elektricitet betydeligt sammenlignet med AC-netværk.
Ved hjælp af elektriske transformere er vekselstrømspændingen effektiv (med effektivitet op til 99 %) kan ændres i enhver retning fra minimum til maksimum værdier, hvilket også er en af de vigtige fordele ved AC netværk. Brugen af et trefaset AC-system øger effektiviteten yderligere, og maskiner som motorer, der kører på AC-strøm, er meget mindre, billigere og nemmere at vedligeholde end DC-motorer.
Baseret på ovenstående kan vi konkludere, at brugen af vekselstrøm er fordelagtig i store netværk, og når der overføres elektrisk energi over lange afstande, og for nøjagtig og effektiv drift af elektroniske enheder og for autonome enheder, er det tilrådeligt at bruge jævnstrøm.
Lignende artikler:
