Len málokto dokáže skutočne pochopiť, že striedavý a jednosmerný prúd sú nejako odlišné. Nehovoriac o vymenovaní konkrétnych rozdielov. Účelom tohto článku je vysvetliť hlavné charakteristiky týchto fyzikálnych veličín v pojmoch, ktorým môžu porozumieť aj ľudia bez technických znalostí, ako aj poskytnúť niektoré základné pojmy súvisiace s touto problematikou.
Vizualizačné výzvy
Väčšina ľudí nemá problémy s pochopením pojmov ako „tlak“, „množstvo“ a „tok“, pretože v nich Každodenný život neustále sa s nimi stretávajú. Napríklad je ľahké pochopiť, že zvýšenie prietoku pri polievaní kvetov zvýši množstvo vody vytekajúcej z polievacej hadice, zatiaľ čo zvýšenie tlaku vody spôsobí, že sa bude pohybovať rýchlejšie a s väčšou silou.
Elektrické pojmy ako „napätie“ a „prúd“ sú zvyčajne ťažko pochopiteľné, pretože nemôžete vidieť ani cítiť elektrinu, ktorá sa pohybuje cez káble a elektrické obvody. Dokonca aj pre začínajúceho elektrikára je mimoriadne ťažké predstaviť si, čo sa deje na molekulárnej úrovni, alebo dokonca jasne pochopiť, čo je napríklad elektrón. Táto častica je mimo hraníc zmyslové schopnostičloveka, nemožno ho vidieť a nemožno sa ho dotknúť, pokiaľ ich určité množstvo neprejde ľudským telom. Len vtedy ich obeť definitívne pocíti a zažije to, čo sa bežne nazýva elektrický šok.
Odhalené káble a drôty sa však väčšine ľudí zdajú úplne neškodné jednoducho preto, že nevidia elektróny, ktoré len čakajú na cestu najmenšieho odporu, ktorou je zvyčajne zem.
Analógia
Je pochopiteľné, prečo si väčšina ľudí nedokáže predstaviť, čo sa deje vo vnútri bežných vodičov a káblov. Pokúšať sa vysvetliť, že sa niečo pohybuje cez kov, odporuje zdravému rozumu. Vlastne Základná úroveň elektrina sa až tak nelíši od vody, takže jej základné pojmy sa pri porovnaní dajú celkom ľahko naučiť elektrický obvod s vodovodným systémom. Hlavný rozdiel medzi vodou a elektrinou je v tom, že prvá voda niečo naplní, ak sa jej podarí uniknúť z potrubia, zatiaľ čo druhá vyžaduje vodič na pohyb elektrónov. Vďaka vizualizácii potrubného systému je technická terminológia pre väčšinu zrozumiteľnejšia.
Napätie ako tlak
Napätie je veľmi podobné tlaku elektrónov a udáva, ako rýchlo a akou silou sa pohybujú vodičom. Tieto fyzikálne veličiny sú v mnohých ohľadoch ekvivalentné, vrátane ich vzťahu k pevnosti potrubného kábla. Rovnako ako príliš veľký tlak praskne potrubie, príliš veľký tlak vysoké napätie ničí alebo preniká cez tienenie vodiča.
Prúd ako prietok
Prúd je rýchlosť toku elektrónov, ktorá udáva, koľko elektrónov sa pohybuje cez kábel. Čím je vyššia, tým viac elektrónov prechádza vodičom. Rovnako ako veľké množstvo vody vyžaduje hrubšie potrubia, veľké prúdy vyžadujú hrubšie káble.
Použitie modelu vodného okruhu umožňuje vysvetliť mnoho ďalších pojmov. Napríklad generátory energie možno považovať za vodné čerpadlá a elektrické záťaže možno považovať za vodný mlyn, ktorý vyžaduje prietok vody a tlak na otáčanie. Dokonca elektronické diódy možno považovať za vodné ventily, ktoré umožňujú prúdenie vody iba jedným smerom.
D.C
Rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom je jasný už z názvu. Prvý predstavuje pohyb elektrónov v jednom smere. Je veľmi jednoduché ho vizualizovať pomocou modelu vodnej slučky. Stačí si predstaviť, že voda preteká potrubím jedným smerom. Bežné zariadenia, ktoré vyrábajú jednosmerný prúd, sú solárne články, batérie a dynamá. Takmer každé zariadenie môže byť navrhnuté tak, aby bolo napájané takýmto zdrojom. Toto je takmer výhradná doména nízkonapäťovej a prenosnej elektroniky.
Jednosmerný prúd je pomerne jednoduchý a dodržiava Ohmov zákon: U = I × R. Meria sa vo wattoch a rovná sa: P = U × I.
Vďaka svojim jednoduchým rovniciam a správaniu sa jednosmerný prúd dá relatívne ľahko predstaviť. Prvé systémy na prenos energie, ktoré vyvinul Thomas Edison v 19. storočí, používali iba toto. Čoskoro sa však ukázal rozdiel medzi striedavým a jednosmerným prúdom. Prenos posledného na značné vzdialenosti bol sprevádzaný veľkými stratami, a tak ho po niekoľkých desaťročiach nahradil výnosnejší (v tom čase) systém vyvinutý Nikolom Teslom.
Hoci komerčné energetické siete po celej planéte teraz používajú striedavý prúd, iróniou je, že pokrok v technológii umožnil prenos priamy prúd vysoké napätie na veľmi dlhé vzdialenosti a pri extrémnom zaťažení je efektívnejšie. Čo sa napríklad využíva pri spájaní jednotlivých systémov, ako sú celé krajiny alebo aj kontinenty. Toto je ďalší rozdiel medzi AC a DC. Prvý sa však stále používa v obchodných sieťach nízkeho napätia.
Jednosmerný a striedavý prúd: rozdiely vo výrobe a použití
Kým striedavý prúd je oveľa jednoduchšie vyrábať pomocou generátora využívajúceho kinetickú energiu, batérie dokážu vytvárať iba jednosmerný prúd. Preto tento dominuje v napájacích obvodoch nízkonapäťových zariadení a elektroniky. Batérie je možné nabíjať iba jednosmerným prúdom, takže striedavý sieťový prúd je usmernený, keď je batéria hlavnou súčasťou systému.
Bežným príkladom by bolo akékoľvek vozidlo – motocykel, auto a nákladné auto. Generátor inštalovaný na nich vytvára striedavý prúd, ktorý sa pomocou usmerňovača okamžite mení na jednosmerný prúd, pretože v napájacom systéme je batéria a väčšina elektroniky vyžaduje na prevádzku konštantné napätie. Solárne články a palivové články tiež produkujú iba jednosmerný prúd, ktorý sa potom môže v prípade potreby premeniť na striedavý prúd pomocou zariadenia nazývaného invertor.
Smer pohybu
Toto je ďalší príklad rozdielu medzi DC a striedavý prúd. Ako už názov napovedá, ide o prúd elektrónov, ktorý neustále mení svoj smer. Od konca 19. storočia takmer všetka domáca a priemyselná elektrická energia na celom svete využíva sínusový striedavý prúd, pretože je ľahšie získať a oveľa lacnejšie distribuovať, s výnimkou veľmi malého počtu prípadov prenosu na veľké vzdialenosti, kde si straty energie vynútia použitie najnovšie vysokonapäťové systémy jednosmerného prúdu.
AC má ešte jednu vec veľká výhoda: Umožňuje návrat energie z miesta spotreby späť do siete. To je veľmi výhodné v budovách a štruktúrach, ktoré produkujú viac energie, ako spotrebujú, čo je pri použití celkom možné alternatívne zdroje, ako napr solárne panely a veterné turbíny. Skutočnosť, že striedavý prúd umožňuje obojsmerný tok energie, je hlavným dôvodom popularity a dostupnosti alternatívnych zdrojov energie.
Frekvencia
Pokiaľ ide o technickú úroveň, je, žiaľ, ťažké vysvetliť, ako funguje striedavý prúd, pretože model vodného okruhu tomu celkom nesedí. Je však možné si predstaviť systém, v ktorom voda rýchlo mení smer prúdenia, aj keď nie je jasné, ako by to urobilo niečo užitočné. Striedavý prúd a napätie neustále menia svoj smer. Rýchlosť zmeny závisí od frekvencie (meranej v hertzoch) a pre domáce elektrické siete je zvyčajne 50 Hz. To znamená, že napätie a prúd menia smer 50-krát za sekundu. Výpočet aktívnej zložky v sínusových systémoch je pomerne jednoduchý. Stačí vydeliť ich špičkovú hodnotu √2.
Keď striedavý prúd mení smer 50-krát za sekundu, znamená to, že žiarovky sa zapínajú a vypínajú 50-krát za sekundu. Ľudské oko nemôže si to všimnúť a mozog jednoducho verí, že osvetlenie je stále zapnuté. Toto je ďalší rozdiel medzi AC a DC.
Vektorová matematika
Prúd a napätie sa nielen neustále menia, ale ich fázy sa nezhodujú (nie sú synchronizované). Prevažná väčšina záťaží striedavého prúdu spôsobuje fázové rozdiely. To znamená, že aj tie najjednoduchšie výpočty musia používať vektorovú matematiku. Pri práci s vektormi nemôžete jednoducho sčítať, odčítať alebo robiť iné skalárne matematické operácie. Ak pri konštantnom prúde jeden kábel nesie 5A do určitého bodu a druhý nesie 2A, výsledkom je 7A. V prípade premennej to neplatí, pretože výsledok bude závisieť od smeru vektorov.
Účiník
Aktívna sila Zaťaženia napájané striedavým prúdom možno vypočítať pomocou jednoduchého vzorca P = U × I × cos (φ), kde φ je uhol medzi napätím a prúdom, cos (φ) sa tiež nazýva účinník. Takto sa jednosmerný a striedavý prúd líšia: pre prvý je cos (φ) vždy rovný 1. Aktívny výkon potrebujú (a platia) domáci a priemyselní spotrebitelia, ale nerovná sa komplexnému výkonu prechádzajúcemu cez vodiče (káble) k záťaži, ktorú možno vypočítať pomocou vzorca S = U × I a merať vo voltampéroch (VA).
Rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom vo výpočtoch je zrejmý - stávajú sa zložitejšími. Aj tie najjednoduchšie výpočty vyžadujú aspoň priemerné znalosti vektorovej matematiky.
Zvárači
Rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom sa prejavuje aj pri zváraní. Polarita oblúka má veľký vplyv na jeho kvalite. Elektródovo-pozitívne zváranie preniká hlbšie ako elektródovo-negatívne zváranie, ale záporné elektródy urýchľuje ukladanie kovu. Pri jednosmernom prúde je polarita vždy konštantná. S premennou sa mení 100-krát za sekundu (pri 50 Hz). Uprednostňuje sa stále zváranie, pretože sa vyrába hladšie. Rozdiel medzi AC a DC zváraním je v tom, že v prvom prípade je pohyb elektrónov na zlomok sekundy prerušený, čo vedie k pulzácii, nestabilite a strate oblúka. Tento typ zvárania sa zriedka používa, napríklad na elimináciu blúdenia oblúka v prípade elektród s veľkým priemerom.
Elektrický prúd je smerový, usporiadaný pohyb nabitých častíc.
Jednosmerný prúd má stabilné vlastnosti a smer pohybu nabitých častíc, ktoré sa časom nemenia. Používa sa v mnohých elektrických zariadeniach v domácnostiach, ako aj v automobiloch. Moderné počítače, notebooky, televízory a mnohé ďalšie zariadenia fungujú na jednosmerný prúd. Na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd sa používajú špeciálne napájacie zdroje a napäťové transformátory.
Všetky elektrické zariadenia a elektrické náradie poháňané batériami a nabíjateľnými batériami sa považujú za jednosmerné spotrebiče, pretože batéria je zdrojom jednosmerného prúdu, ktorý je možné premeniť na striedavý prúd pomocou meničov.
Rozdiel medzi AC a DC
Volá sa premenná elektriny, ktoré sa môžu v priebehu času meniť v smere pohybu nabitých častíc a vo veľkosti. Najdôležitejšími parametrami striedavého prúdu sú jeho frekvencia a napätie. V modernom elektrické siete Na rôznych objektoch sa používa striedavý prúd, ktorý má určité napätie a frekvenciu. V Rusku v domácich elektrických sieťach má prúd napätie 220 V a frekvenciu 50 Hz. Frekvencia elektrického striedavého prúdu je počet zmien v smere pohybu nabitých častíc za 1 sekundu, to znamená, že pri frekvencii 50 Hz mení smer 50-krát za sekundu. Rozdiel medzi striedavým a jednosmerným prúdom je teda ten, že pri striedavom prúde môžu nabité častice meniť smer pohybu.
Zdrojmi striedavého prúdu na objektoch na rôzne účely sú zásuvky. Do zásuviek, ktoré dostávajú potrebné napätie, pripájame rôzne domáce spotrebiče. Striedavý prúd sa používa v elektrických sieťach, pretože napätie je možné previesť na požadované hodnoty pomocou transformátorového zariadenia s minimálnymi stratami. Inými slovami, preprava od zdrojov energie ku koncovým spotrebiteľom je oveľa jednoduchšia a lacnejšia.
Prenos striedavého prúdu k spotrebiteľom
Cesta striedavého prúdu začína elektrárňami, kde sú inštalované výkonné elektrické generátory, z ktorých vychádza elektrický prúd s napätím 220-330 kV. Cez elektrické káble prúd ide do transformátorových rozvodní inštalovaných v tesnej blízkosti objektov elektrickej spotreby - domov, bytov, podnikov a iných stavieb.
Rozvodne prijímajú elektrický prúd s napätím asi 10 kV a menia ho na trojfázové napätie 380 V. V niektorých prípadoch sa na napájanie objektov používa prúd s napätím 380 V, čo vyžadujú výkonné domáce a priemyselné spotrebičov, najčastejšie však v mieste, kde je do domu alebo bytu zavedená elektrina, napätie klesne na obvyklých 220 V.
Premena AC na DC
Už sme prišli na to, čo je v domácich zásuvkách elektrické systémy Existuje striedavý prúd, ale mnohí moderní spotrebitelia elektriny potrebujú konštantný prúd. Premena striedavého prúdu na jednosmerný prúd sa vykonáva pomocou špeciálnych usmerňovačov. Celý proces konverzie zahŕňa tri fázy:
- Pripojenie diódový mostík so 4 diódami požadovaného výkonu. Takýto most môže „odrezať“ horné hodnoty sínusoidov striedavého prúdu alebo urobiť pohyb nabitých častíc jednosmerným.
- Pripojenie antialiasingového filtra alebo špeciálneho kondenzátora na výstup diódového mostíka. Filter je schopný korigovať poklesy medzi vrcholmi AC sínusoidov. Pripojenie kondenzátora vážne znižuje zvlnenie a môže ho znížiť na minimum.
- Pripojenie stabilizátorov napätia na zníženie zvlnenia.
Premena prúdu sa môže uskutočňovať v oboch smeroch, to znamená, že konštanta môže byť tiež prevedená na striedavú. Tento proces je však oveľa komplikovanejší a vykonáva sa pomocou špeciálnych invertorov, ktoré sú drahé.
Moderný svet je už ťažko predstaviteľný bez elektriny. Osvetlenie miestnosti, prevádzka domácich spotrebičov, počítačov, televízorov - to všetko sa už dlho stalo známymi atribútmi ľudského života. Ale niektoré elektrické spotrebiče sú napájané striedavým prúdom, zatiaľ čo iné sú napájané jednosmerným prúdom.
Elektrický prúd je smerovaný tok elektrónov z jedného pólu zdroja prúdu do druhého. Ak je tento smer stály a v čase sa nemení, hovoríme o jednosmernom prúde. Jeden terminál zdroja prúdu sa považuje za pozitívny, druhý - negatívny. Všeobecne sa uznáva, že prúd tečie z plusu do mínusu.
Klasickým príkladom zdroja jednosmerného prúdu je obyčajná AA batéria. Takéto batérie sú široko používané ako zdroj energie v malých elektronických zariadeniach - napríklad v diaľkovom ovládaní diaľkové ovládanie, vo fotoaparátoch, rádiách a pod. a tak ďalej.
Striedavý prúd sa zase vyznačuje tým, že periodicky mení svoj smer. Napríklad v Rusku bola prijatá norma, podľa ktorej je napätie v elektrickej sieti 220 V a frekvencia prúdu je 50 Hz. Je to druhý parameter, ktorý charakterizuje frekvenciu, s ktorou sa mení smer elektrického prúdu. Ak je frekvencia prúdu 50 Hz, mení svoj smer 50-krát za sekundu.
Znamená to, že v bežnej elektrickej zásuvke, ktorá má dva kontakty, sa plus a mínus pravidelne menia? To znamená, že najprv je na jednom kontakte plus, na druhom mínus, potom naopak atď. a tak ďalej.? V skutočnosti sa veci majú trochu inak. Elektrické zásuvky v elektrickej sieti majú dve svorky: fázu a uzemnenie. Zvyčajne sa nazývajú "fáza" a "zem". Zemniaci kolík je bezpečný a nemá žiadne napätie. Na fázovom výstupe s frekvenciou 50 Hz za sekundu sa mení plus a mínus. Ak sa dotknete „zeme“, nič sa nestane. Je lepšie nedotýkať sa fázového vodiča, pretože je vždy pod napätím 220 V.
Niektoré zariadenia sú napájané jednosmerným prúdom, iné striedavým prúdom. Prečo bolo takéto rozdelenie vôbec potrebné? V skutočnosti väčšina elektronických zariadení používa jednosmerné napätie, aj keď sú pripojené k sieti so striedavým prúdom. Striedavý prúd sa v tomto prípade mení na jednosmerný prúd v usmerňovači, v najjednoduchšom prípade pozostávajúcom z diódy, ktorá odreže jednu polvlnu a kondenzátora na vyhladenie vlnenia.
Striedavý prúd sa používa len preto, že je veľmi vhodný na prenos na veľké vzdialenosti, straty sú v tomto prípade minimalizované. Okrem toho je ľahké transformovať - to znamená zmeniť napätie. Jednosmerný prúd nie je možné transformovať. Čím vyššie napätie, tým menšie straty pri prenose striedavého prúdu, takže na hlavných vedeniach dosahuje napätie niekoľko desiatok až stoviek tisíc voltov. Podrobiť sa osady v rozvodniach sa znižuje vysoké napätie, v dôsledku čoho sa do domácností dodáva dostatok elektriny nízke napätie 220 V.
IN rozdielne krajiny Sú prijaté nerovnomerné normy napájacieho napätia. Ak je teda v európskych krajinách 220 V, tak v USA je to 110 V. Zaujímavé je aj to, že slávny vynálezca Thomas Edison nedokázal oceniť všetky výhody striedavého prúdu a obhajoval potrebu použitia jednosmerného prúdu v r. elektrické siete. Až neskôr bol nútený priznať, že sa mýlil.
Aký je rozdiel medzi striedavým a jednosmerným prúdom
Všeobecný pojem elektrického prúdu možno vyjadriť ako pohyb rôznych nabitých častíc (elektrónov, iónov) v určitom smere. A jeho hodnotu možno charakterizovať počtom nabitých častíc, ktoré prešli vodičom za určitý čas.
Ak hodnota nabitých častíc 1 coulomb prejde určitým prierezom vodiča za čas 1 sekundy, potom môžeme hovoriť o sile prúdu 1 ampér pretekajúceho vodičom. To určuje počet ampérov alebo prúdu. Toto je všeobecný pojem prúdu. Teraz sa pozrime na pojem striedavý a jednosmerný prúd a ich rozdiely.
Jednosmerný elektrický prúd je podľa definície prúd, ktorý tečie iba jedným smerom a v priebehu času sa nemení. Striedavý prúd je charakteristický tým, že v priebehu času mení svoj smer a veľkosť. Ak je jednosmerný prúd graficky zobrazený ako priamka, potom striedavý prúd preteká vodičom podľa sínusového zákona a je graficky zobrazený ako sínusová vlna.
Keďže striedavý prúd sa mení podľa zákona sínusoidy, má také parametre ako perióda úplného cyklu, ktorého čas je označený písmenom T. Frekvencia striedavého prúdu je prevrátená k perióde úplného cyklu . Frekvencia striedavého prúdu je vyjadrená počtom úplných periód za určité časové obdobie (1 s).
V našej sieti striedavého prúdu je 50 takýchto období, čo zodpovedá frekvencii 50 Hz. F = 1/T, kde perióda pre 50 Hz je 0,02 s. F = 1/0,02 = 50 Hz. Indikuje sa striedavým prúdom anglickými písmenami AC a znak "~". Jednosmerný prúd je označený ako DC a má symbol „-“. Okrem toho môže byť striedavý prúd jednofázový alebo viacfázový. Používa sa hlavne trojfázová sieť.
Prečo má sieť striedavé napätie a nie konštantné
Striedavý prúd má oproti jednosmernému prúdu mnoho výhod. Nízke straty pri prenose striedavého prúdu v elektrických vedeniach (elektrickom vedení) v porovnaní s jednosmerným prúdom. Alternátory sú jednoduché a lacné. Pri prenose na veľké vzdialenosti pozdĺž elektrického vedenia dosahuje vysoké napätie 330 tisíc voltov s minimálnym prúdom.
Čím nižší je prúd v elektrickom vedení, tým nižšie sú straty. Prenos jednosmerného prúdu na veľké vzdialenosti spôsobí značné straty. Taktiež vysokonapäťové alternátory sú oveľa jednoduchšie a lacnejšie. Od striedavé napätie Je ľahké získať nižšie napätie pomocou jednoduchých transformátorov.
Tiež je oveľa lacnejšie získať jednosmerné napätie zo striedavého napätia ako naopak pomocou drahých meničov DC napätie do premennej. Takéto meniče majú nízku účinnosť a veľké straty. Dvojitá konverzia sa používa pozdĺž prenosovej cesty striedavého prúdu.
Najprv prijíma 220 - 330 kV z generátora a prenáša ho na veľké vzdialenosti do transformátorov, ktoré znížia vysoké napätie na 10 kV a potom sú rozvodne, ktoré znížia vysoké napätie na 380 V. Z týchto rozvodní sa el. je distribuovaný spotrebiteľom a dodávaný do domácností a elektrických panelov bytového domu.
Tri fázy trojfázový prúd posunuté o 120 stupňov
Jednofázové napätie je charakterizované jednou sínusoidou a trojfázové napätie je charakterizované tromi sínusoidmi, ktoré sú voči sebe posunuté o 120 stupňov. Trojfázová sieť má tiež svoje výhody jednofázové siete. Ide o menšie rozmery transformátorov, elektromotory sú aj konštrukčne menšie.
Je možné meniť smer otáčania rotora asynchrónneho elektromotora. IN trojfázová sieť môžete získať 2 napätia - sú to 380 V a 220 V, ktoré sa používajú na zmenu výkonu motora a úpravu teploty vykurovacích telies. Použitím trojfázového napätia v osvetlení je možné eliminovať blikanie žiarivky, pre ktoré sú pripojené k rôznym fázam.
Jednosmerný prúd sa používa v elektronike a vo všetkom domáce prístroje, keďže sa ľahko prevádza z premennej rozdelením na transformátore na požadovanú hodnotu a ďalším narovnávaním. Zdrojom jednosmerného prúdu sú batérie, batérie, generátory jednosmerného prúdu, LED panely. Ako vidíte, rozdiel v striedavom a jednosmernom prúde je značný. Teraz sme sa dozvedeli - Prečo do našej zásuvky tečie striedavý prúd a nie jednosmerný prúd?
22. júla 2017
Ľudia spočiatku ani nevedeli, čo je to prúd. Bol tam len statický náboj, ale nikto nechápal ani si neuvedomoval samotnú podstatu elektriny.
Trvalo mnoho storočí, kým Coulomb vyvinul svoju teóriu a nemecký kňaz von Klein zistil, že nádoba môže uchovávať energiu.
V čase, keď Van de Graaff vytvoril svoj prvý generátor, už každý vedel, aký je rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom. A teraz nastal čas, aby naši čitatelia našli tieto informácie pre osobné použitie.
Keď sa Pán presvedčil, že je zbytočné strašiť stádo oviec bleskami a hrommi, rozhodol sa posunúť príbeh trochu iným spôsobom.
V dôsledku toho sa ľudská spoločnosť snažila produkovať ľudí:
- Hodiny telesnej výchovy.
- Rozvoj umenia.
- Logika, ktorá položila základ všetkým vedám.
Tak postupne, krok za krokom, vzniklo zo zvierat niečo inteligentnejšie. Dnes sú napríklad mnohí šokovaní, že v USA sa môže policajt pri zatýkaní správať k černošskej žene hrubo, ale asi pred 100 – 200 rokmi vešali Afričanov na stohy a považovali to za príklad hodný nasledovania.
Treba povedať, že morálny vývoj spoločnosti sa začal práve v posledných desaťročiach, keď spoločnosť otvorene uznala fašistov za zločincov a začala hlásať a uplatňovať takzvané ľudské práva. Veda sa vyvinula oveľa skôr.
Od staroveku ľudia napríklad videli, že turmalínový kryštál priťahuje popol.
Prečo sa to deje? Malo by sa povedať, že vlastnosti piezoelektriky boli prvýkrát opísané na príklade turmalínu.
Začiatkom 19. storočia sa ukázalo, že kryštál, keď sa zahrieva, získava elektrický náboj.
V dôsledku deformácie sa vytvorili dva póly:
- Južné (analogické).
- Severná (antologická).
Navyše, ak teplota po zahriatí zostane konštantná, elektrina zmizne. Potom sa počas chladenia pozoruje vzhľad pólov.
Inými slovami, turmalínový kryštál produkuje elektrinu pri zmene teploty.
Ďalší výskum ukázal, že veľkosť potenciálu závisí od:
- Prierez kryštálu (rez cez póly).
- Teplotné rozdiely.
Ostatné faktory nemajú žiadny vplyv na výšku poplatku.
Prečo sa to deje? Tento jav sa nazýva pyroelektrina. Ako dielektrikum sa turmalín pomaly nabíjal prúdom prúdiacim vo vnútri. A náboj zostal na mieste (určité oblasti povrchu) vďaka svojim izolačným vlastnostiam.
Ak teda turmalínové póly nie sú skratované vodičom, kryštál bude pri zmene teploty akumulovať náboj. Čiara spájajúca póly sa nazývala pyroelektrická os.
Piezoelektrina bola objavená slávnym párom Curie na základe rovnakého turmalínu v roku 1880.
Bolo jasné, že keď sa zmenia rozmery kryštálu, vzniknú náboje, ostávalo už len vymyslieť techniku na uskutočnenie experimentu.
Curie na to použil statický tlak bežnej hmoty.
Je zrejmé, že celý experiment sa vykonáva na izolačnom povrchu.
Napríklad hmotnosť 1 kg spôsobuje, že sa v turmalínovom kryštáli objaví elektrický náboj rádovo päť stotín statickej jednotky.
Ako sa objavuje elektrický prúd?
Je zvláštne, že koherentná teória o tejto otázke ešte nebola vytvorená. Pre nás je dôležité, že náboje existujú v prírode a dajú sa získať rôznymi metódami.
Počas búrky sa to dosiahne v dôsledku trecích síl vzdušných hmôt, molekúl vlhkosti a niektorých ďalších javov.
Zem je negatívne nabitá a prúd neustále prúdi nahor cez atmosféru.
To znamená, že prúd je pohyb nosičov náboja z nejakého dôvodu. A jedným z nich je potenciálny rozdiel – rozdiel v úrovni nosičov medzi dvoma bodmi v priestore.
Môžete to prirovnať k tlaku vody. A akonáhle je prekážka odstránená, prúdenie sa rozbehne v smere, kde je tlak menší.
Teraz si zoberme analógiu s turmalínovým kryštálom
Povedzme, že na jeho koncoch sa objavia poplatky, čo by sme mali robiť ďalej? Je potrebné vyvolať pohyb napríklad medeným drôtom.
Spojíme póly a potečie elektrický prúd. Pohyb nosičov bude pokračovať, kým sa potenciál nevyrovná.
V tomto prípade je kryštál vybitý. Ale v tomto prípade máme konštantný prúd alebo striedavý prúd? V tomto prípade sa o priebehu procesu nedá povedať nič podobné.
Striedavý a jednosmerný prúd sú fyzikálne ideály a používajú sa kvôli relatívnej jednoduchosti získavania matematických modelov a ovládania technologických zariadení s ich pomocou.
Čo predstavujú vyššie uvedené pojmy?
1. Jednosmerným prúdom rozumieme taký, keď nosiče prúdia jedným smerom.
To neznamená, že ich počet v priereze média je rovnaký. Nie V širšom zmysle je jednosmerný (usmernený) prúd presne pohyb nosičov náboja v jednom smere.
Pôvodný koncept špecificky vo fyzike však vyžaduje prísnejšie podmienky
Prúd musí byť tvorený konštantným počtom nosičov pohybujúcich sa v jednom smere.
Okrem toho sú tieto nosiče pozitívne (čo je v rozpore s praxou, kde sa elektróny väčšinou považujú za také).
2. Striedavý prúd sa nenazýva len ten, kde sa nosiče pohybujú jedným alebo druhým smerom, ale robia to v čase.
To znamená, že vlna prebieha polovicu periódy doľava a druhú doprava.
To je obrazne povedané. Hustota nosiča sa mení podľa sínusového zákona.
V skutočnosti je to graf zobrazujúci správanie procesu. V nulových bodoch prechodu nie je žiadny prúd.
A to sa v našej sieti deje 100-krát za sekundu. V dôsledku toho polovica obdobia pripadá na pohyb nosičov v pozitívnom smere a druhá - v negatívnom smere.
Celkovo sa generuje 50 úplných cyklov za sekundu, čo zodpovedá sieťovej frekvencii 50 Hz.
Ako to naozaj funguje s elektrickým prúdom?
V praxi nie je aktuálny tvar (hustota náboja verzus čas) sínusový. Z rôznych dôvodov je vzhľad grafu skreslený.
Stáva sa to napríklad vtedy, keď sa zariadenie spúšťa a zastavuje v dôsledku indukovaného rušenia rôzneho charakteru.
Tak dochádza k deformácii tvaru striedavého a jednosmerného prúdu. Navyše sa už dlho zistilo, že to poškodzuje zariadenie.
Keďže na boj proti takejto pohrome boli potrebné niektoré metódy, matematici prišli s takzvanou spektrálnou analýzou.
O niečom podobnom na burze už počuli mnohí, no v tomto prípade hovoríme o niečom inom: vedci hľadajú matematický model, ktorý by sa dal pomerne ľahko vypočítať a predpovedať výsledky.
Takáto metóda sa skutočne našla a jej názov je spektrálna analýza. V tomto prípade môže byť oscilácia akéhokoľvek tvaru reprezentovaná ako súčet s rôznou špecifickou hmotnosťou najjednoduchších sínusoidov rôznych frekvencií.
Ukazuje sa, že veľa, veľa komponentov sa pohybuje pozdĺž reťazca súčasne. A vo všeobecnosti dávajú prúd.
Navyše nie všetky komponenty sa nevyhnutne pohybujú rovnakým smerom ako objem.
Môžete si to predstaviť ako skupinu mravcov, pričom každý z nich sa ťahá iným smerom a výsledný efekt spôsobuje, že sa náklad pohybuje len jedným smerom.
Veríme, že to našich čitateľov len zmiatne.
Preto spomeňme, že každá zložka má okrem koeficientu (amplitúdy) aj fázu (smer), a nazýva sa harmonická.
Kaskády technológie sú teda navrhnuté tak, že užitočné frekvencie (predovšetkým 50 Hz) prechádzajú vnútri zariadenia a všetko ostatné ide do zeme.
Toto je znak riešenia problému, o ktorom sme hovorili na začiatku. Akékoľvek kmitanie môže byť reprezentované ako súbor užitočných a škodlivých signálov a na základe toho môže byť zariadenie vhodne navrhnuté.
Napríklad všetky prijímače fungujú na tomto princípe: selektívne prepúšťajú iba prúd požadovanej frekvencie. Vďaka tomu je možné prerušiť rušenie a vlna sa prenáša s minimálnym skreslením na veľké vzdialenosti.
Na túto tému by sme mohli hovoriť dlho, ale prišiel čas uviesť príklady, kde sa používajú typy prúdov.
Príklady použitia striedavého a jednosmerného prúdu
Ale vo všeobecnosti sa to deje celkom hladko. A prúd tečie jedným smerom a má približne konštantnú hustotu.
Fungujú podobne:
- Batéria mobilného telefónu.
- Akýkoľvek typ batérie.
- Batéria notebooku.
Ale to sú všetko kontajnery, ale čo generátory?
V prírode neexistujú žiadne zdroje jednosmerného prúdu, s výnimkou Matky Zeme.
Pre človeka je oveľa pohodlnejšie vytvárať rotory, ktoré sa otáčajú pri určitej frekvencii a vytvárajú podmienky na vytváranie striedavého elektrického prúdu v cievkach statora.
Potom cez drôty prechádza priemyselná frekvencia 50 Hz a dodáva sa spotrebiteľovi cez rozvodňu.
Nech je to akokoľvek, adaptéry možno považovať za zdroj jednosmerného prúdu. Ide o zariadenia, ktoré premieňajú striedavý prúd na jednosmerný prúd.
Povedzme mobilné telefóny toto je zvyčajne rádovo +5 V, zatiaľ čo pre mobilné rádiá existuje široká variácia.
Vo všeobecnosti musíte pochopiť, že jednosmerné zariadenie môže fungovať iba pri hodnote, pre ktorú je navrhnuté.
V opačnom prípade je buď zhoršený výkon, alebo pri veľkých odchýlkach je možné úplné zlyhanie.
To platí pre striedavý aj jednosmerný prúd.
Teraz nastal čas povedať, že v priemysle sa premena jednosmerného prúdu na striedavý a naopak nepraktizuje.
Z úsporných dôvodov bežia všetky motory tri fázy. Každý z nich má frekvenciu striedavého prúdu 50 Hz.
Ale vyššie sme povedali, že každá harmonická má fázu. V našom prípade sa rovná 120 stupňom. Kruh je tvorený o 360 stupňov. Ukazuje sa, že všetky tri fázy sú od seba rovnako vzdialené.