I den moderna världen har varje person varit utsatt för elektricitet sedan barndomen. Det första omnämnandet av detta naturfenomen går tillbaka till tiden för filosoferna Aristoteles och Thales, som var fascinerade av den elektriska strömmens fantastiska och mystiska egenskaper. Men det var först på 1600-talet som stora vetenskapliga hjärnor började en serie upptäckter angående elektrisk energi som fortsätter till denna dag.
Upptäckten av elektrisk ström och Michael Faradays skapelse 1831 av världens första generator förändrade människors liv radikalt. Vi är vana vid att våra liv underlättas av enheter som använder elektrisk energi, men fram tills nu har de flesta människor ingen förståelse för detta viktiga fenomen. Till att börja med, för att förstå de grundläggande principerna för elektricitet, är det nödvändigt att studera två grundläggande definitioner: elektrisk ström och spänning.
Innehåll
Vad är elektrisk ström och spänning
Elektricitet är den ordnade rörelsen av laddade partiklar (bärare av elektrisk laddning). Bärarna av elektrisk ström är elektroner (i metaller och gaser), katjoner och anjoner (i elektrolyter), hål vid elektron-håls ledningsförmåga. Detta fenomen manifesteras av skapandet av ett magnetfält, en förändring i den kemiska sammansättningen eller uppvärmning av ledarna. Huvudegenskaperna hos strömmen är:
- strömstyrka, bestämd av Ohms lag och mätt i ampere (MEN), i formlerna betecknas med bokstaven I;
- effekt, enligt Joule-Lenz-lagen, mätt i watt (tis), betecknad med bokstaven P;
- frekvens, mätt i hertz (Hz).
Elektrisk ström, som en energibärare, används för att erhålla mekanisk energi med hjälp av elektriska motorer, för att erhålla termisk energi i värmeapparater, elektrisk svetsning och värmare, för att excitera elektromagnetiska vågor med olika frekvenser, för att skapa ett magnetfält i elektromagneter och för att erhålla ljus energi i belysningsarmaturer och olika typer av lampor. .
Spänning är det arbete som det elektriska fältet gör för att flytta en laddning på 1 hängare (Cl) från en punkt på ledaren till en annan. Utifrån denna definition är det fortfarande svårt att förstå vad stress är.
För att laddade partiklar ska kunna röra sig från en pol till en annan är det nödvändigt att skapa en potentialskillnad mellan dessa poler (Det är det som kallas spänning.). Spänningsenheten är volt (PÅ).
För att slutligen förstå definitionen av elektrisk ström och spänning kan en intressant analogi ges: föreställ dig att den elektriska laddningen är vatten, då är vattnets tryck i kolonnen spänningen och hastigheten på vattenflödet i röret är styrkan hos den elektriska strömmen. Ju högre spänning, desto större elektrisk ström.
Vad är växelström
Om du ändrar potentialernas polaritet ändras riktningen för flödet av elektrisk ström. Det är denna ström som kallas variabel. Antalet riktningsändringar under en viss tidsperiod kallas frekvens och mäts, som nämnts ovan, i hertz (Hz). Till exempel, i ett vanligt elektriskt nätverk i vårt land är frekvensen 50 Hz, det vill säga riktningen för strömrörelsen ändras 50 gånger per sekund.
Vad är likström
När den ordnade rörelsen av laddade partiklar alltid bara har en riktning, kallas en sådan ström konstant. Likström uppstår i ett konstantspänningsnätverk när polariteten för laddningarna på ena och andra sidan är konstant över tiden. Det används mycket ofta i olika elektroniska enheter och teknik, när energiöverföring över långa avstånd inte krävs.
Källor till elektrisk ström
Källa till elektrisk ström brukar kallas en anordning eller anordning med vilken en elektrisk ström kan skapas i en krets. Sådana enheter kan skapa både växelström och likström. Enligt metoden för att skapa en elektrisk ström är de uppdelade i mekaniska, lätta, termiska och kemiska.
Mekanisk Elektriska strömkällor omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi.Dessa utrustningar är av olika slag. generatorer, som, på grund av elektromagnetens rotation runt spolen av asynkronmotorer, producerar en elektrisk växelström.
ljus källor omvandlar fotonenergi (ljusenergi) till elektricitet. De använder egenskapen hos halvledare för att producera spänning när de utsätts för ett ljusflöde. Solpaneler är en sådan enhet.
Termisk - omvandla värmeenergi till elektricitet på grund av temperaturskillnaden mellan två par av kontaktande halvledare - termoelement. Storleken på strömmen i sådana enheter är direkt relaterad till temperaturskillnaden: ju större skillnaden är, desto större är strömstyrkan. Sådana källor används till exempel i geotermiska kraftverk.
Kemisk en strömkälla producerar elektricitet som ett resultat av kemiska reaktioner. Till exempel inkluderar sådana anordningar olika typer av galvaniska batterier och ackumulatorer. Strömkällor baserade på galvaniska celler används vanligtvis i fristående enheter, bilar, teknik och är likströmskällor.
AC till DC konvertering
Elektriska apparater i världen använder lik- och växelström. Därför finns det ett behov av att omvandla en ström till en annan eller vice versa.
Från växelström kan likström erhållas med hjälp av en diodbrygga eller, som det också kallas, en "likriktare". Kärnan i en likriktare är en halvledardiod som leder elektricitet endast i en riktning. Efter denna diod ändrar strömmen inte sin riktning, utan det uppstår krusningar, som elimineras med hjälp av kondensatorer och andra filter. Likriktare finns i mekaniska, elektrovakuum- eller halvledarversioner.
Beroende på tillverkningskvaliteten för en sådan enhet kommer strömrippeln vid utgången att ha ett annat värde, som regel, ju dyrare och bättre enheten är gjord, desto mindre rippel och desto renare ström. Ett exempel på sådana enheter är Nätaggregat olika apparater och laddare, likriktare av elkraftverk i olika transportsätt, DC-svetsmaskiner m.fl.
Växelriktare används för att omvandla likström till växelström. Sådana enheter genererar en växelspänning med en sinusform. Det finns flera typer av sådana enheter: växelriktare med elmotorer, relä och elektroniska. Alla av dem skiljer sig från varandra i kvaliteten på utmatningens växelström, kostnad och storlek. Ett exempel på en sådan anordning är avbrottsfri strömförsörjning, växelriktare i bilar eller till exempel i solkraftverk.
Var används den och vilka är fördelarna med växel- och likström
Olika uppgifter kan kräva användning av både AC och DC. Varje typ av ström har sina egna fördelar och nackdelar.
Växelström används oftast när det finns behov av att överföra ström över långa avstånd. Det är mer ändamålsenligt att överföra en sådan ström utifrån möjliga förluster och kostnaden för utrustning. Det är därför de flesta elektriska apparater och mekanismer endast använder denna typ av ström.
Bostadshus och företag, infrastruktur och transportanläggningar ligger på avstånd från kraftverk, så alla elektriska nätverk är AC. Sådana nätverk matar alla hushållsapparater, industriell utrustning, tåglok. Det finns otroligt många enheter som arbetar med växelström och det är mycket lättare att beskriva de enheter som använder likström.
D.C används i autonoma system, såsom system ombord på bilar, flygplan, fartyg eller elektriska tåg. Det används ofta i strömförsörjningen av mikrokretsar av olika elektronik, i kommunikation och annan utrustning, där det krävs för att minimera mängden störningar och rippel eller eliminera dem helt. I vissa fall används en sådan ström vid elektrisk svetsning med hjälp av växelriktare. Det finns till och med järnvägslok som går på DC-system. Inom medicin används en sådan ström för att introducera läkemedel i kroppen med hjälp av elektrofores och för vetenskapliga ändamål för att separera olika ämnen (proteinelektrofores, etc.).
Beteckningar på elektriska apparater och diagram
Ofta finns det ett behov av att bestämma vid vilken ström enheten fungerar. När allt kommer omkring kommer att ansluta en enhet som arbetar på likström till ett växelströmsnätverk oundvikligen att leda till obehagliga konsekvenser: skada på enheten, brand, elektrisk stöt. För detta är det allmänt accepterade konventioner för sådana system och till och med färgkodning av ledningar.
Konventionellt, på elektriska apparater som arbetar med likström, indikeras en linje, två heldragna linjer eller en heldragen linje tillsammans med en prickad linje, placerad under varandra. En sådan ström är också markerad med en beteckning med latinska bokstäver DC. Den elektriska isoleringen av ledningar i DC-system för den positiva ledningen är färgad röd, den negativa ledningen blå eller svart.
På elektriska apparater och maskiner anges växelström med den engelska förkortningen AC eller vågig linje. På diagrammen och i beskrivningen av enheter indikeras det också med två linjer: solid och vågig, belägen under den andra. Ledare är i de flesta fall betecknade enligt följande: fas är brun eller svart, noll är blå och jord är gulgrön.
Varför används växelström oftare
Ovan har vi redan pratat om varför växelström för närvarande används oftare än likström. Och ändå, låt oss titta på denna fråga mer detaljerat.
Debatten om vilken ström man ska använda är bättre har pågått sedan upptäckterna inom elområdet. Det finns till och med något sådant som ett "strömningskrig" - konfrontationen mellan Thomas Edison och Nikola Tesla för användningen av en av strömtyperna. Kampen mellan anhängarna till dessa stora vetenskapsmän varade fram till 2007, då staden New York byttes till växelström från likström.
Den största anledningen till att AC används oftare är pga förmågan att överföra den över långa avstånd med minimala förluster. Ju större avståndet är mellan strömkällan och slutkonsumenten, desto större motstånd ledningar och värmeförluster för deras uppvärmning.
För att få maximal effekt är det nödvändigt att öka antingen tjockleken på trådarna (och därigenom minska motståndet), eller öka spänningen.
I AC-system kan du öka spänningen med en minimal tjocklek på ledningar, och därigenom minska kostnaden för elektriska ledningar. För system med likström finns det inga överkomliga och effektiva sätt att öka spänningen, och därför är det för sådana nätverk nödvändigt att antingen öka ledarnas tjocklek eller bygga ett stort antal små kraftverk. Båda dessa metoder är dyra och ökar kostnaden för el avsevärt jämfört med AC-nät.
Med hjälp av elektriska transformatorer är växelströmsspänningen effektiv (med effektivitet upp till 99 %) kan ändras i vilken riktning som helst från minimum till maxvärden, vilket också är en av de viktiga fördelarna med AC-nätverk. Användningen av ett trefas växelströmssystem ökar effektiviteten ytterligare och maskiner som motorer som drivs på växelström är mycket mindre, billigare och enklare att underhålla än likströmsmotorer.
Baserat på det föregående kan vi dra slutsatsen att användningen av växelström är fördelaktig i stora nätverk och vid överföring av elektrisk energi över långa avstånd, och för korrekt och effektiv drift av elektroniska enheter och för autonoma enheter, är det tillrådligt att använda likström.
Liknande artiklar:
