Jen málokdo je schopen skutečně pochopit, že střídavý a stejnosměrný proud se nějak liší. Nemluvě o pojmenování konkrétních rozdílů. Účelem tohoto článku je vysvětlit hlavní charakteristiky těchto fyzikálních veličin v pojmech, kterým mohou porozumět i lidé bez technických znalostí, a také poskytnout některé základní pojmy související s touto problematikou.
Vizualizační výzvy
Většina lidí nemá potíže s pochopením pojmů jako „tlak“, „množství“ a „tok“, protože v jejich každodenní život neustále se s nimi potýkají. Je například snadné pochopit, že zvýšení průtoku při zalévání květin zvýší množství vody vytékající ze zalévací hadice, zatímco zvýšení tlaku vody způsobí, že se bude pohybovat rychleji a s větší silou.
Elektrické pojmy jako „napětí“ a „proud“ jsou obvykle obtížně srozumitelné, protože nevidíte ani necítíte elektřinu pohybující se kabely a elektrickými obvody. I pro začínajícího elektrikáře je nesmírně obtížné představit si, co se děje na molekulární úrovni, nebo dokonce jasně pochopit, co je například elektron. Tato částice je mimo meze smyslové schopnostičlověka, není vidět a nelze se jí dotknout, pokud jich určité množství neprojde lidským tělem. Teprve pak je oběť definitivně ucítí a zažije to, čemu se běžně říká elektrický šok.
Odkryté kabely a dráty se však většině lidí zdají zcela neškodné jednoduše proto, že nevidí elektrony, které čekají, až se vydají cestou nejmenšího odporu, což je obvykle zem.
Analogie
Je pochopitelné, proč si většina lidí nedokáže představit, co se děje uvnitř běžných vodičů a kabelů. Snažit se vysvětlit, že se něco pohybuje kovem, odporuje zdravému rozumu. Vlastně základní úroveň elektřina se od vody až tak neliší, takže její základní pojmy se při srovnání snadno naučíte elektrický obvod s vodovodním systémem. Hlavní rozdíl mezi vodou a elektřinou je v tom, že první voda něco naplní, pokud se jí podaří uniknout z potrubí, zatímco druhá vyžaduje vodič k pohybu elektronů. Díky vizualizaci potrubního systému je pro většinu snazší technická terminologie.
Napětí jako tlak
Napětí je velmi podobné tlaku elektronů a udává, jak rychle a jakou silou se pohybují vodičem. Tyto fyzikální veličiny jsou v mnoha ohledech ekvivalentní, včetně jejich vztahu k síle potrubního kabelu. Stejně jako příliš velký tlak praskne potrubí, příliš velký tlak vysokého napětí ničí nebo proniká stíněním vodiče.
Proud jako průtok
Proud je rychlost toku elektronů, která ukazuje, kolik elektronů se pohybuje kabelem. Čím je vyšší, tím více elektronů prochází vodičem. Stejně jako velké množství vody vyžaduje tlustší potrubí, velké proudy vyžadují tlustší kabely.
Použití modelu vodního okruhu umožňuje vysvětlit mnoho dalších pojmů. Například elektrické generátory lze považovat za vodní čerpadla a elektrické spotřebiče lze považovat za vodní mlýn, který vyžaduje průtok vody a tlak k otáčení. Dokonce elektronické diody lze si představit jako vodní ventily, které umožňují proudění vody pouze jedním směrem.
D.C
Rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem je patrný z názvu. První představuje pohyb elektronů v jednom směru. Je velmi snadné jej vizualizovat pomocí modelu vodní smyčky. Stačí si představit, že voda protéká potrubím jedním směrem. Běžná zařízení produkující stejnosměrný proud jsou solární články, baterie a dynama. Téměř každé zařízení může být navrženo tak, aby bylo napájeno takovým zdrojem. To je téměř výhradní doména nízkonapěťové a přenosné elektroniky.
Stejnosměrný proud je docela jednoduchý a dodržuje Ohmův zákon: U = I × R. Měří se ve wattech a rovná se: P = U × I.
Díky svým jednoduchým rovnicím a chování je stejnosměrný proud relativně snadno pochopitelný. První systémy přenosu energie, vyvinuté Thomasem Edisonem již v 19. století, používaly pouze toto. Brzy se však ukázal rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem. Přenos druhého jmenovaného na značné vzdálenosti byl provázen velkými ztrátami, a tak byl po pár desetiletích nahrazen výnosnějším (v té době) systémem vyvinutý Nikolou Teslou.
Ačkoli komerční energetické sítě po celé planetě nyní používají střídavý proud, ironií je, že pokrok v technologii umožnil přenos DC vysoké napětí na velmi dlouhé vzdálenosti a při extrémním zatížení je efektivnější. Což se například využívá při propojování jednotlivých systémů, jako jsou celé země nebo i kontinenty. To je další rozdíl mezi AC a DC. První jmenovaný se však stále používá v komerčních sítích nízkého napětí.
Stejnosměrný a střídavý proud: rozdíly ve výrobě a použití
Zatímco střídavý proud je mnohem snazší vyrobit pomocí generátoru využívajícího kinetickou energii, baterie mohou vytvářet pouze stejnosměrný proud. Proto posledně jmenovaný dominuje v napájecích obvodech nízkonapěťových zařízení a elektroniky. Baterie lze nabíjet pouze stejnosměrným proudem, takže střídavý síťový proud je usměrněn, když je baterie hlavní součástí systému.
Běžným příkladem by bylo jakékoli vozidlo – motocykl, auto a nákladní automobil. Generátor nainstalovaný na nich vytváří střídavý proud, který se okamžitě převádí na stejnosměrný proud pomocí usměrňovače, protože v napájecím systému je baterie a většina elektroniky vyžaduje k provozu konstantní napětí. Solární články a palivové články také produkují pouze stejnosměrný proud, který pak lze v případě potřeby přeměnit na střídavý proud pomocí zařízení zvaného invertor.
Směr pohybu
Toto je další příklad rozdílu mezi DC a AC. Jak název napovídá, druhý jmenovaný je proud elektronů, který neustále mění svůj směr. Od konce 19. století používá téměř veškerá domácí a průmyslová elektrická energie na celém světě sinusový střídavý proud, protože je snazší jej získat a mnohem levněji distribuovat, s výjimkou velmi malého počtu případů přenosu na velké vzdálenosti, kde ztráty výkonu vynucují použití nejnovější vysokonapěťové stejnosměrné systémy.
AC má ještě jednu věc velkou výhodou: Umožňuje návrat energie z místa spotřeby zpět do sítě. To je velmi výhodné v budovách a konstrukcích, které produkují více energie, než spotřebují, což je při použití docela možné alternativní zdroje, jako např solární panely a větrné turbíny. Skutečnost, že střídavý proud umožňuje obousměrný tok energie, je hlavním důvodem popularity a dostupnosti alternativních zdrojů energie.
Frekvence
Pokud jde o technickou úroveň, je bohužel obtížné vysvětlit, jak střídavý proud funguje, protože model vodního okruhu tomu tak úplně nesedí. Je však možné si představit systém, ve kterém voda rychle mění směr toku, i když není jasné, jak by mohla dělat něco užitečného. Střídavý proud a napětí neustále mění svůj směr. Rychlost změny závisí na frekvenci (měřeno v hertzech) a pro domácí elektrické sítě je obvykle 50 Hz. To znamená, že napětí a proud mění směr 50krát za sekundu. Výpočet aktivní složky v sinusových systémech je poměrně jednoduchý. Jejich špičkovou hodnotu stačí vydělit √2.
Když střídavý proud změní směr 50krát za sekundu, znamená to, že se žárovky rozsvítí a zhasnou 50krát za sekundu. Lidské oko nemůže si toho všimnout a mozek jednoduše věří, že osvětlení je neustále zapnuté. To je další rozdíl mezi AC a DC.
Vektorová matematika
Proud a napětí se nejen neustále mění, ale jejich fáze se neshodují (nejsou synchronizovány). Velká většina zátěží střídavého proudu způsobuje fázové rozdíly. To znamená, že i pro většinu jednoduché výpočty musíte použít vektorovou matematiku. Při práci s vektory nemůžete jednoduše sčítat, odečítat nebo provádět jiné skalární matematické operace. Při konstantním proudu, pokud jeden kabel vede 5A do určitého bodu a druhý vede 2A, pak je výsledkem 7A. V případě proměnné tomu tak není, protože výsledek bude záviset na směru vektorů.
Účiník
Aktivní výkon Zatížení napájené střídavým proudem lze vypočítat pomocí jednoduchého vzorce P = U × I × cos (φ), kde φ je úhel mezi napětím a proudem, cos (φ) se také nazývá účiník. Takto se liší stejnosměrný a střídavý proud: v prvním je cos (φ) vždy rovno 1. Činný výkon potřebují (a platí) spotřebitelé v domácnostech a průmyslu, ale nerovná se komplexnímu výkonu procházejícímu vodičů (kabelů) k zátěži, kterou lze vypočítat pomocí vzorce S = U × I a měřit ve voltampérech (VA).
Rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem ve výpočtech je zřejmý - stávají se složitějšími. I ty nejjednodušší výpočty vyžadují alespoň průměrné znalosti vektorové matematiky.
Svařovací stroje
Rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem se projevuje i při svařování. Polarita oblouku má velký vliv na jeho kvalitě. Elektrodově-pozitivní svařování proniká hlouběji než elektroda-negativní, ale druhé urychluje ukládání kovu. U stejnosměrného proudu je polarita vždy konstantní. S proměnnou se mění 100krát za sekundu (při 50 Hz). Konstantní svařování je výhodnější, protože se vyrábí hladší. Rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným svařováním je v tom, že v prvním případě je pohyb elektronů na zlomek sekundy přerušen, což vede k pulzaci, nestabilitě a ztrátě oblouku. Tento typ svařování se používá zřídka, například pro eliminaci bloudění oblouku v případě elektrod o velkém průměru.
Elektrický proud je směrový, uspořádaný pohyb nabitých částic.
Stejnosměrný proud má stabilní vlastnosti a směr pohybu nabitých částic, které se v čase nemění. Používá se v mnoha elektrických zařízeních v domácnostech i v autech. Moderní počítače, notebooky, televizory a mnoho dalších zařízení fungují na stejnosměrný proud. Pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný se používají speciální napájecí zdroje a napěťové transformátory.
Vše elektrických zařízení a elektrické nářadí napájené bateriemi a dobíjecími bateriemi jsou považovány za stejnosměrné spotřebiče, protože baterie je zdrojem stejnosměrného proudu, který lze přeměnit na střídavý pomocí střídačů.
Rozdíl mezi AC a DC
Zavolá se proměnná elektrický proud, který se může v čase měnit ve směru pohybu nabitých částic a ve velikosti. Nejdůležitější parametry střídavého proudu jsou jeho frekvence a napětí. V moderním elektrické sítě U různých objektů se používá střídavý proud, který má určité napětí a frekvenci. V Rusku v domácích elektrických sítích má proud napětí 220 V a frekvenci 50 Hz. Frekvence elektrického střídavého proudu je počet změn směru pohybu nabitých částic za 1 sekundu, to znamená, že při frekvenci 50 Hz mění směr 50krát za sekundu. Rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem je tedy ten, že ve střídavém proudu mohou nabité částice měnit směr pohybu.
Zdroje střídavého proudu u objektů pro různé účely jsou zásuvky. Do zásuvek, které dostávají potřebné napětí, připojujeme různé domácí spotřebiče. Střídavý proud se používá v elektrických sítích, protože napětí lze pomocí transformátorového zařízení převést na požadované hodnoty s minimálními ztrátami. Jinými slovy, přeprava od zdrojů energie ke koncovým spotřebitelům je mnohem jednodušší a levnější.
Přenos střídavého proudu ke spotřebitelům
Cesta střídavého proudu začíná u elektráren, kde jsou instalovány výkonné elektrické generátory, ze kterých vychází elektrický proud o napětí 220-330 kV. Přes elektrické kabely proud jde do transformátorových rozvoden instalovaných v těsné blízkosti objektů elektrické spotřeby - domů, bytů, podniků a dalších staveb.
Rozvodny přijímají elektrický proud o napětí asi 10 kV a převádějí ho na třífázové napětí 380 V. V některých případech se pro napájení objektů používá proud o napětí 380 V, který vyžaduje výkonná domácnost a průmysl spotřebičů, ale nejčastěji v místě, kde je zavedena elektřina do domu nebo bytu, napětí klesne na obvyklých 220 V.
Přeměna AC na DC
Už jsme přišli na to, co je v domácích zásuvkách elektrické systémy Existuje střídavý proud, ale mnoho moderních spotřebitelů elektřiny potřebuje konstantní proud. Přeměna střídavého proudu na stejnosměrný proud se provádí pomocí speciálních usměrňovačů. Celý proces převodu zahrnuje tři fáze:
- Spojení diodový můstek se 4 diodami požadovaného výkonu. Takový můstek může „odříznout“ horní hodnoty sinusoid střídavého proudu nebo učinit pohyb nabitých částic jednosměrným.
- Připojení antialiasingového filtru nebo speciálního kondenzátoru na výstup diodového můstku. Filtr je schopen korigovat poklesy mezi vrcholy střídavých sinusoid. Připojení kondenzátoru vážně snižuje zvlnění a může je snížit na minimum.
- Připojení stabilizátorů napětí pro snížení zvlnění.
Převod proudu lze provádět v obou směrech, to znamená, že konstantní lze také převádět na střídavý. Tento proces je však mnohem složitější a provádí se pomocí speciálních měničů, které jsou drahé.
Moderní svět je těžké si představit bez elektřiny. Osvětlení místnosti, provoz domácích spotřebičů, počítačů, televizorů - to vše se již dlouho stalo známými atributy lidského života. Ale některé elektrické spotřebiče jsou napájeny střídavým proudem, zatímco jiné jsou napájeny stejnosměrným proudem.
Elektrický proud je směrovaný tok elektronů z jednoho pólu zdroje proudu do druhého. Pokud je tento směr konstantní a v čase se nemění, mluvíme o stejnosměrném proudu. Jeden terminál zdroje proudu je považován za kladný, druhý - záporný. Obecně se uznává, že proud teče z plusu do mínusu.
Klasickým příkladem stejnosměrného zdroje je obyčejná AA baterie. Takové baterie jsou široce používány jako zdroj energie v malých elektronických zařízeních - například v dálkovém ovládání dálkové ovládání ve fotoaparátech, rádiích atd. atd.
Střídavý proud se zase vyznačuje tím, že periodicky mění svůj směr. Například v Rusku byl přijat standard, podle kterého je napětí v elektrické síti 220 V a aktuální frekvence je 50 Hz. Je to druhý parametr, který charakterizuje frekvenci, se kterou se mění směr elektrického proudu. Pokud je frekvence proudu 50 Hz, změní svůj směr 50krát za sekundu.
Znamená to, že v běžné elektrické zásuvce, která má dva kontakty, se plus a mínus pravidelně mění? To znamená, že nejprve je na jednom kontaktu plus, na druhém mínus, pak naopak atd. atd? Ve skutečnosti se věci mají trochu jinak. Elektrické zásuvky v elektrické síti mají dvě svorky: fázi a zem. Obvykle se nazývají "fáze" a "zem". Zemnicí kolík je bezpečný a bez napětí. Na fázovém výstupu s frekvencí 50 Hz za sekundu se plus a mínus změní. Pokud se dotknete „země“, nic se nestane. Je lepší se nedotýkat fázového vodiče, protože je vždy pod napětím 220 V.
Některá zařízení jsou napájena stejnosměrným, jiná střídavým proudem. Proč bylo takové rozdělení vůbec potřeba? Ve skutečnosti většina elektronických zařízení používá stejnosměrné napětí, i když jsou připojena k síti střídavého proudu. Střídavý proud se v tomto případě přemění na stejnosměrný proud v usměrňovači, v nejjednodušším případě sestávajícím z diody, která odřízne jednu půlvlnu, a kondenzátoru pro vyhlazení vlnění.
Střídavý proud se používá pouze proto, že je velmi vhodné přenášet na velké vzdálenosti, v tomto případě jsou minimalizovány ztráty. Navíc se snadno transformuje – tedy mění napětí. Stejnosměrný proud nelze transformovat. Čím vyšší napětí, tím nižší jsou ztráty při přenosu střídavého proudu, takže na hlavních vedeních dosahuje napětí několika desítek až stovek tisíc voltů. Podřídit se osad v rozvodnách je sníženo vysoké napětí, v důsledku toho je do domácností dodáván dostatek elektřiny nízké napětí 220 V.
V různé země Jsou přijaty normy pro nerovnoměrné napájecí napětí. Pokud je tedy v evropských zemích 220 V, tak v USA 110 V. Zajímavé také je, že slavný vynálezce Thomas Edison nedokázal ocenit všechny výhody střídavého proudu a obhajoval nutnost použití stejnosměrného proudu v elektrické sítě. Teprve později byl nucen přiznat, že se mýlil.
Jaký je rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem
Obecný pojem elektrického proudu lze vyjádřit jako pohyb různých nabitých částic (elektronů, iontů) v určitém směru. A jeho hodnotu lze charakterizovat počtem nabitých částic, které prošly vodičem za určitý časový úsek.
Pokud hodnota nabitých částic 1 coulomb projde určitým průřezem vodiče za čas 1 sekundy, pak můžeme mluvit o síle proudu 1 ampér protékajícím vodičem. To určuje počet ampérů nebo proudu. Toto je obecný koncept proudu. Nyní se podívejme na pojem střídavý a stejnosměrný proud a jejich rozdíly.
Stejnosměrný elektrický proud je podle definice proud, který teče pouze jedním směrem a v průběhu času se nemění. Střídavý proud se vyznačuje tím, že v čase mění svůj směr a velikost. Pokud je stejnosměrný proud graficky zobrazen jako přímka, pak střídavý proud protéká vodičem podle sinusového zákona a je graficky zobrazen jako sinusovka.
Vzhledem k tomu, že střídavý proud se mění podle zákona sinusoidy, má takové parametry, jako je perioda úplného cyklu, jejíž doba je označena písmenem T. Frekvence střídavého proudu je převrácenou hodnotou periody úplného cyklu . Frekvence střídavého proudu je vyjádřena počtem úplných period za určitý časový úsek (1 sec).
V naší síti AC je 50 takových period, což odpovídá frekvenci 50 Hz. F = 1/T, kde perioda pro 50 Hz je 0,02 sec. F = 1/0,02 = 50 Hz. Indikováno střídavým proudem anglickými písmeny AC a znak "~". Stejnosměrný proud je označen jako DC a má symbol „-“. Kromě toho může být střídavý proud jednofázový nebo vícefázový. Používá se především třífázová síť.
Proč má síť střídavé napětí a ne konstantní
Střídavý proud má oproti stejnosměrnému mnoho výhod. Nízké ztráty při přenosu střídavého proudu v elektrickém vedení (elektrickém vedení) oproti stejnosměrnému proudu. Alternátory jsou jednoduché a levné. Při přenosu na velké vzdálenosti podél elektrického vedení dosahuje vysoké napětí 330 tisíc voltů s minimálním proudem.
Čím nižší je proud v elektrickém vedení, tím menší ztráty. Přenos stejnosměrného proudu na velké vzdálenosti způsobí značné ztráty. Také vysokonapěťové alternátory jsou mnohem jednodušší a levnější. Z střídavé napětí Je snadné získat nižší napětí pomocí jednoduchých transformátorů.
Také je mnohem levnější získat stejnosměrné napětí ze střídavého napětí než naopak pomocí drahých měničů DC napětí do proměnné. Takové měniče mají nízkou účinnost a velké ztráty. Dvojitá konverze se používá podél přenosové cesty střídavého proudu.
Nejprve přijímá 220 - 330 kV z generátoru a na velké vzdálenosti je přenáší do transformátorů, které snižují vysoké napětí na 10 kV, a pak jsou rozvodny, které snižují vysoké napětí na 380 V. Z těchto rozvoden se el. je distribuován spotřebitelům a dodáván do domácností a elektrických panelů bytového domu.
Tři fáze třífázový proud posunuto o 120 stupňů
Jednofázové napětí je charakterizováno jednou sinusoidou a třífázové napětí je charakterizováno třemi sinusoidami, vzájemně posunutými o 120 stupňů. Třífázová síť má také své výhody jednofázové sítě. Jedná se o menší rozměry transformátorů, elektromotory jsou také konstrukčně menší.
U asynchronního elektromotoru je možné měnit směr otáčení rotoru. V třífázová síť můžete získat 2 napětí - 380 V a 220 V, která slouží ke změně výkonu motoru a nastavení teploty topných těles. Použitím třífázového napětí v osvětlení lze eliminovat blikání zářivky, pro které jsou připojeny k různým fázím.
Stejnosměrný proud se používá v elektronice a vůbec domácí spotřebiče, protože se snadno převede z proměnné rozdělením na transformátoru na požadovanou hodnotu a dalším rovnáním. Zdrojem stejnosměrného proudu jsou baterie, baterie, generátory stejnosměrného proudu, LED panely. Jak vidíte, rozdíl ve střídavém a stejnosměrném proudu je značný. Nyní jsme se dozvěděli - Proč naší zásuvkou teče střídavý proud a ne stejnosměrný proud?
22. července 2017
Zpočátku lidé ani nevěděli, co je to proud. Byl tam jen statický náboj, ale nikdo nechápal ani si neuvědomoval samotnou podstatu elektřiny.
Trvalo mnoho staletí, než Coulomb vyvinul svou teorii a německý kněz von Klein zjistil, že nádoba může uchovávat energii.
V době, kdy Van de Graaff vytvořil svůj první generátor, už každý znal rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem. A nyní nastal čas, aby naši čtenáři našli tyto informace pro osobní potřebu.
Když se Pán přesvědčil, že je zbytečné strašit stádo ovcí blesky a hromy, rozhodl se posunout příběh trochu jinak.
V důsledku toho se lidská společnost pokusila produkovat lidi pomocí:
- Hodiny tělesné výchovy.
- Vývoj umění.
- Logika, která položila základ všem vědám.
Takže postupně, krůček po krůčku, se ze zvířat vyklubalo něco inteligentnějšího. Dnes jsou například mnozí šokováni tím, že v USA může policista při zatýkání zacházet s černoškou hrubě, ale asi před 100–200 lety byli Afričané věšeni na hromadách a považovali to za příklad hodný následování.
Nutno říci, že mravní vývoj společnosti začal právě v posledních desetiletích, kdy společnost otevřeně uznala fašisty jako zločince a začala hlásat a uplatňovat tzv. lidská práva. Věda se vyvinula mnohem dříve.
Od pradávna lidé například viděli, že krystal turmalínu přitahuje popel.
Proč se to děje? Je třeba říci, že vlastnosti piezoelektriky byly poprvé popsány na příkladu turmalínu.
Počátkem 19. století se ukázalo, že krystal při zahřívání získává elektrický náboj.
Vzhledem k tomu, že došlo k deformaci, vznikly dva póly:
- Jižní (analogický).
- Severní (antologické).
Navíc, pokud teplota po zahřátí zůstane konstantní, elektřina zmizí. Poté je během chlazení pozorován vzhled pólů.
Jinými slovy, krystal turmalínu produkuje elektřinu, když se mění teplota.
Další výzkum ukázal, že velikost potenciálu závisí na:
- Průřez krystalem (řez přes póly).
- Teplotní rozdíly.
Ostatní faktory nemají na výši poplatku žádný vliv.
Proč se to děje? Tento jev se nazývá pyroelektřina. Jako dielektrikum se turmalín pomalu nabíjel z proudu protékajícího uvnitř. A náboj zůstal na místě (určité oblasti povrchu) díky svým izolačním vlastnostem.
Pokud tedy nejsou turmalínové póly zkratovány vodičem, krystal bude při změnách teploty akumulovat náboj. Linka spojující póly se nazývala pyroelektrická osa.
Piezoelektřina byla objevena slavným párem Curie na základě stejného turmalínu v roce 1880.
Bylo jasné, že při změně velikosti krystalu budou vznikat náboje, zbývalo jen vymyslet techniku provedení experimentu.
Curie k tomu použil statický tlak obyčejné hmoty.
Je zřejmé, že celý experiment se provádí na izolační ploše.
Například hmotnost 1 kg způsobuje vzhled turmalínu v krystalu elektrický náboj asi pět setin statických jednotek.
Jak se projevuje elektrický proud?
Je zvláštní, že dosud nebyla vytvořena koherentní teorie na toto téma. Pro nás je důležité, že náboje existují v přírodě a lze je získat různými metodami.
Během bouřky je toho dosaženo v důsledku třecích sil vzduchových hmot, molekul vlhkosti a některých dalších jevů.
Země je záporně nabitá a proud neustále proudí vzhůru atmosférou.
To znamená, že proud je pohyb nosičů náboje z nějakého důvodu. A jedním z nich je rozdíl potenciálů – rozdíl v úrovni nosičů mezi dvěma body v prostoru.
Můžete to přirovnat k tlaku vody. A jakmile je překážka odstraněna, proudění se rozběhne směrem, kde je tlak menší.
Vezměme si nyní analogii s turmalínovým krystalem
Řekněme, že se na jeho koncích objeví náboje, co bychom měli dělat dál? Je potřeba vyvolat pohyb např. měděným drátem.
Spojíme póly a poteče elektrický proud. Pohyb nosičů bude pokračovat, dokud se potenciál nevyrovná.
V tomto případě se krystal vybije. Ale v tomto případě máme konstantní proud nebo střídavý proud? V tomto případě nelze nic podobného říci o průběhu procesu.
Střídavý a stejnosměrný proud jsou fyzikální ideály a používají se kvůli relativní jednoduchosti získávání matematických modelů a řízení technologických zařízení s jejich pomocí.
Co představují výše uvedené pojmy?
1. Stejnosměrným proudem rozumíme ten, kdy nosiče proudí jedním směrem.
To neznamená, že jejich počet napříč průřezem média je stejný. Žádný. V širším slova smyslu je stejnosměrný (usměrněný) proud právě pohyb nosičů náboje jedním směrem.
Ale původní koncept konkrétně ve fyzice vyžaduje přísnější podmínky
Proud musí být tvořen konstantním počtem nosičů pohybujících se v jednom směru.
Navíc jsou tyto nosiče pozitivní (což je v rozporu s praxí, kde jsou elektrony z velké části považovány za takové).
2. Střídavý proud se neříká jen ten, kde se nosiče pohybují jedním nebo druhým směrem, ale dělají to v čase.
To znamená, že vlna běží polovinu periody doleva a druhou doprava.
To je obrazně řečeno. Hustota nosiče se mění podle sinusového zákona.
Ve skutečnosti se jedná o graf zobrazující chování procesu. V nulových průsecích není žádný proud.
A to se v naší síti děje 100krát za sekundu. V důsledku toho polovina období připadá na pohyb nosičů v pozitivním směru a druhá - v negativním směru.
Celkem je generováno 50 úplných cyklů za sekundu, což odpovídá síťové frekvenci 50 Hz.
Jak to vlastně s elektrickým proudem funguje?
V praxi není tvar proudu (hustota náboje v závislosti na čase) sinusový. Z různých důvodů je vzhled grafu zkreslený.
To se například stává, když se zařízení spouští a zastavuje v důsledku indukovaného rušení různého charakteru.
Dochází tak ke zkreslení tvaru střídavého a stejnosměrného proudu. Navíc se již dlouho zjistilo, že to poškozuje zařízení.
Vzhledem k tomu, že k boji s takovou pohromou byly vyžadovány některé metody, přišli matematici s takzvanou spektrální analýzou.
O něčem podobném na burze slyšeli mnozí, ale v tomto případě mluvíme o něčem jiném: vědci hledají matematický model, který by bylo poměrně snadné vypočítat a předpovědět výsledky.
Taková metoda byla skutečně nalezena a její název je spektrální analýza. V tomto případě může být oscilace libovolného tvaru reprezentována jako součet s různou měrnou hmotností nejjednodušších sinusoid různých frekvencí.
Ukazuje se, že mnoho, mnoho komponent se pohybuje po řetězu současně. A obecně dávají proud.
Navíc ne všechny komponenty se nutně pohybují stejným směrem jako objem.
Můžete si to představit jako skupinu mravenců, z nichž každý táhne jiným směrem a výsledný efekt způsobí, že se náklad pohybuje pouze jedním směrem.
Věříme, že to naše čtenáře jen zmátne.
Proto uveďme, že každá složka má kromě koeficientu (amplitudy) také fázi (směr) a nazývá se harmonická.
Kaskády technologie jsou tedy navrženy tak, aby užitečné frekvence (především 50 Hz) procházely uvnitř zařízení a vše ostatní šlo k zemi.
To je znamení pro vyřešení problému, o kterém jsme mluvili na začátku. Jakékoli kmitání může být reprezentováno jako soubor užitečných a škodlivých signálů a na základě toho může být zařízení vhodně navrženo.
Na tomto principu fungují například všechny přijímače: selektivně propouštějí pouze proud o požadované frekvenci. Díky tomu je možné odříznout rušení a vlna je přenášena s minimálním zkreslením na velké vzdálenosti.
Na toto téma bychom mohli mluvit dlouho, ale nastal čas uvést příklady, kde se typy proudů používají.
Příklady použití AC a DC proudu
Ale obecně se to děje docela hladce. A proud teče jedním směrem a má přibližně konstantní hustotu.
Fungují podobně:
- Baterie mobilního telefonu.
- Jakýkoli typ baterie.
- Baterie notebooku.
Ale to jsou všechno kontejnery, ale co generátory?
V přírodě neexistují žádné zdroje stejnosměrného proudu, s výjimkou Matky Země.
Pro člověka je mnohem pohodlnější vytvořit rotory, které rotují při určité frekvenci a vytvářejí podmínky pro tvorbu střídavého elektrického proudu ve statorových cívkách.
Poté průmyslová frekvence 50 Hz prochází dráty a je dodávána spotřebiteli přes rozvodnu.
Ať je to jak chce, adaptéry lze považovat za zdroj stejnosměrného proudu. Jedná se o zařízení, která převádějí střídavý proud na stejnosměrný proud.
řekněme mobilní telefony to je obvykle řádově +5 V, zatímco u mobilních rádií existuje široká variace.
Obecně musíte pochopit, že stejnosměrné zařízení může fungovat pouze při jmenovité hodnotě, pro kterou je navrženo.
V opačném případě je buď zhoršený výkon, nebo při velkých odchylkách je možný úplný výpadek.
To platí pro střídavý i stejnosměrný proud.
Nyní nastal čas říci, že v průmyslu se přeměna stejnosměrného proudu na střídavý a naopak neprovádí.
Z důvodu hospodárnosti běží všechny motory tři fáze. Každý z nich má frekvenci střídavého proudu 50 Hz.
Ale výše jsme si řekli, že každá harmonická má fázi. V našem případě se rovná 120 stupňům. Kruh je tvořen o 360 stupňů. Ukazuje se, že všechny tři fáze jsou od sebe stejně vzdáleny.