Различие постоянного и переменного тока: В чем разница между постоянным и переменным током — T&P

Содержание

Отличие постоянного тока от переменного: история и примеры

Содержание

  • 1 История переменного и постоянного электрического тока
  • 2 Как появляется электрический ток
  • 3 Электрический ток в действительности
  • 4 Примеры использования переменного и постоянного тока

Изначально люди не знали, что такое ток. Был известен статический заряд, но никто не понимал и не осознавал природы электричества. Понадобились долгие века, пока Кулон разработал собственную теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка способна запасать энергию. К тому времени, как Ван де Грааф создал первый генератор, любой уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного.

История переменного и постоянного электрического тока

Издавна, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел. Кстати, свойства пьезоэлектричества впервые описаны именно на примере турмалина.

Сравнение типов тока

В начала 19-го века было показано, что нагретый кристалл приобретает электрический заряд. За счёт деформации образовались два полюса:

  • Южный (аналогический).
  • Северный (антилогический).

Причём если температура после нагрева остаётся постоянной, электричество исчезает. Потом появление полюсов отмечается уже при охлаждении. Выходит, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество. Дальнейшие исследования показали, что размер потенциала зависит от:

  1. Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
  2. Разницы температур.

Прочие факторы влияния на величину заряда не оказывают. Указанное явление получило название пироэлектричества. Диэлектрик турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих свойств. Пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл продолжит копить заряд по мере изменения температуры. Линию, объединяющую полюса, назвали пироэлектрической осью.

Пьезоэлектричество открыто известной парой Кюри на основе турмалина в 1880 году. Осознавалось, что при изменении размеров кристалла начнут вырабатываться заряды, осталось лишь придумать методику для проведения опыта. Кюри использовал для этого статическое давление обычной массы. Эксперимент проводится на изолирующей поверхности. К примеру, масса в 1 кг вызывает появление в кристалле турмалина электрического заряда в пределах пяти сотых статических единиц.

Электрический ток

Как появляется электрический ток

Любопытно, что стройная теория по описанному явлению ещё не создана. Важно указание, что в природе присутствуют заряды, получаемые различными методами. Во время грозы это происходит за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и прочих явлений. Земля заряжена отрицательно, вверх постоянно течёт ток через атмосферу. Током называется движение носителей заряда в силу неких причин. К примеру, разницы потенциалов – перепад в уровне носителей между двумя точками пространства.

Сравним с напором воды. Когда преграда устраняется, поток хлынет в направлении меньшего давления. Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина. Допустим, появились на его концах заряды. Дальше потребуется вызвать движение, к примеру, медной жилкой провода. Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей продолжится, пока потенциал не уравняется. При этом кристалл разряжается.

О переменности или постоянстве тока нельзя сказать в ходе указанного ходе процесса. Переменный и постоянный ток являются физическими идеалами, а используются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.

  1. Под постоянным током понимается такой, когда носители текут в едином направлении. Количество через сечение среды неодинаково. В более широком смысле постоянным (выпрямленным) током называется именно движение носителей заряда в одном направлении. Но исходное понятие в физике требует строгих условий. Ток образовывается именно постоянным количеством носителей, движущихся в общем направлении. Причём носители эти положительные (что противоречит практике, где в качестве таковых рассматриваются электроны по большей части).

    Принцип переменного тока

  2. Переменным током называется не просто тот, где носители двигаются попеременно в разных направлениях, а делают это в такт. Половину периода волна бежит влево, а вторую вправо, образно говоря. Плотность носителей меняется по закону синусоиды. Собственно, это график, отображающий поведение процесса. В точках перехода через нуль ток отсутствует. В сети происходит 100 раз в секунду. Следовательно, половина периода выпадает на движение носителей в положительном направлении, а вторая – в отрицательном. Всего полных циклов в секунду образуется 50, что соответствует сетевой частоте 50 Гц.

Электрический ток в действительности

На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не синусоидальная. По разным причинам вид графика искажается. Это, к примеру, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы. Форма переменного и постоянного тока искажается. Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре. Для борьбы с подобной напастью требовались методы, и математики придумали спектральный анализ.

Колебание любой формы возможно представить в виде суммы с различным удельным весом простейших синусоид разной частоты. Получается, что по цепи двигается одновременно масса составляющих, в совокупности дающих ток. Причём не обязательно все составляющие двигаются заодно с основной массой. Представим элементы как группу муравьёв, каждый тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет груз перемещаться лишь в одну. Упомянем, что помимо коэффициента (амплитуды) каждая составляющая обладает фазой (направлением), а именуется гармоникой.

Схема постоянного тока

Каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (преимущественно 50 Гц) проходили внутрь прибора, а прочее уходило на землю. Указан признак для решения затруднения, упомянутого в начале. Любое колебание представляется в виде набора полезных и вредных сигналов, исходя из этого, аппаратуру полагается конструировать надлежащим образом. К примеру, на описанном принципе работают все приёмники: избирательно пропускают ток нужной частоты. Так удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.

Примеры использования переменного и постоянного тока

Приблизительно постоянным считается ток разряда автомобильного аккумулятора. Напряжение здесь постепенно падает, а потому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавно. Ток течёт в одном направлении и проявляет приблизительно постоянную плотность. Аналогично работают:

  1. Аккумулятор сотового телефона.
  2. Батарейка любого типа.
  3. Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников постоянного тока (генераторов), за исключением матушки-Земли, нет. Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с конкретной частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Потом промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Источником постоянного тока допустимо считать адаптеры. Это устройства, выполняющие преобразование переменного тока в постоянный. Допустим, у сотовых телефонов это +5 В, а для мобильных раций характерен большой разброс. Устройство постоянного тока может функционировать исключительно от номинала, для которого сконструировано. В противном случае либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.

Это касается и переменного, и постоянного тока. Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется. Из соображений экономии двигатели работают от трёх фаз. Каждая считается переменным током частоты 50 Гц. Говорили выше, что у любой гармоники присутствует фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что три фазы равно отстоят друг от друга. При подобном раскладе генераторам ГЭС легче производить энергию, поступающую в дома в неизменном виде. Но в квартиру заходит единственная фаза переменного тока.

Поэтому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Важными признаются параметры переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К параметрам переменного тока относят:

  1. Действующее значение напряжения – вызывающее в обычном проводнике постоянное идентичного номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из двух раз либо близко к указанному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
  2. К частоте переменного тока предъявляются повышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми долями процента. Потому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
  3. Нелинейные искажения считаются отдельной темой. Требований множество, определиться непросто. Особенно строго нормируются гармоники основной частоты, к примеру: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к параметрам постоянного тока. Допустим, известные автомобильные аккумуляторы в действительности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккумуляторе зарегистрировано напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем внимательно читать инструкции. Дополним: в отдельных ноутбуках присутствует заряд бережного расхода энергии аккумулятора. В этом случае уровень поддерживается в рамках двух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит дольше.

Итак, требования направлены на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Параметры постоянного и переменного тока считаются фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.

определение и разница между ними

Электрическим током называется перенос заряда или движение заряженных частиц между точками, с разными электрическими потенциалами. Переносить электрический заряд могут ионы, протоны и/или электроны. В повседневной жизни практически везде применяется движение электронов по проводникам. Обычно встречаются две разновидности электричества — переменное и постоянное. Важно знать, чем постоянный ток отличается от переменного.

  • Постоянный и переменный ток
  • Дополнительные параметры сети
  • Практическое значение различий

Постоянный и переменный ток

Любое явление, которое нельзя увидеть или «пощупать» непосредственно, легче понять с помощью аналогий. В случае с электричеством можно рассмотреть воду в трубе как самый близкий пример. Вода и электричество текут по своим проводникам — проводам и трубам.

  • Объём протекающей воды — сила тока.
  • Давление в трубе — напряжение.
  • Диаметр трубы — проводимость, обратная сопротивлению.
  • Объём на давление — мощность.

Давление в трубе создаётся насосом — сильнее насос качает, давление выше, воды течёт больше. Диаметр трубы больше — сопротивление меньше, воды протекает больше. Источник выдаёт напряжение больше — электричества протекает больше. Провода толще — сопротивление меньше, ток выше.

Для примера можно взять любой химический источник питания — батарейку или аккумулятор. На его клеммах имеются обозначения полюсов: плюс или минус. Если к батарейке, через провода и выключатель подключить соответствующую лампочку, то она загорится. Что при этом происходит? Минусовая клемма источника испускает электроны — элементарные частицы, несущие отрицательный заряд. По проводам, через разъёмы выключателя и спираль лампы они движутся к положительной клемме, стремясь уровнять потенциал клемм. Пока цепь замкнута по разъёмам выключателя и батарейка не села — по спирали бегут электроны и лампочка горит.

Направление движения зарядов остаётся неизменным всё время — от минуса к плюсу. Это и есть постоянный ток, он может быть пульсирующим — слабеть или увеличиваться.

По многим причинам применение только постоянного напряжения нецелесообразно: взять хотя бы невозможность использовать трансформаторы.

Поэтому к настоящему времени сложилась система подачи и потребления переменного напряжения питания, под которую и создаются бытовые приборы.

Существует простой ответ, какова разница между постоянным и переменным током. В этом примере с лампочкой на одной клемме источника питания напряжение всегда будет равно нулю. Это нулевой провод, а вот на другом — фазном, напряжение изменяется. И не только по величине, но и по направлению — с плюса на минус. Электроны не текут стройными рядами в одну сторону, наоборот мечутся вперёд-назад, одни и те же частицы пробегают по спирали накаливания туда-сюда и производят всю работу.

Изменение направления движения электричества и даёт само понятие «переменный».

Дополнительные параметры сети

Помимо напряжения, силы, мощности и сопротивления/проводимости появляются два новых признака, описывающих процессы. Эти параметры являются обязательными, как и первые четыре. При изменении любого из них изменяются свойства всей цепи.

  • Форма.
  • Частота.

Большую роль играет вид графика изменения напряжения. В идеале он имеет вид синусоиды с плавными переходами от значения к значению. Отклонения от синусоидальной формы могут привести к снижению качества энергии.

Частота — это количество переходов из одного крайнего состояния в другое за определённое время. Европейский стандарт в 50 Гц (герц) означает, что напряжение меняет плюс на минус 50 раз за секунду, а электроны сто раз поменяют направление движения. Для справки: увеличение частоты в два раза приводит к четырёхкратному уменьшению габаритов устройств.

Если в розетке переменный ток 50 Гц и 220 В (вольт), то это значит, что максимальное напряжение питания в сети достигает 380 В. Откуда это? В постоянной сети значение напряжения неизменно, а при переменке оно то падает, то растёт. Вот эти 220 В и являются значением действующего напряжения синусоидального тока с амплитудой в 380 В.

Потому так важна форма изменения значений, что при сильном отличии от синусоиды сильно изменится и действующее напряжение.

Практическое значение различий

Вот такой он, переменный и постоянный ток. В чем разница, разобраться не так уж сложно. Различие есть и очень большое. Источник постоянного тока не позволит подключить сварочный, да и любой другой, трансформатор. При расчёте изоляции или конденсаторов на пробой берётся не действующее, а максимальное значение напряжения. Ведь наверняка может возникнуть мысль: «а зачем в сети 220 вольт конденсаторы на 400?». Вот и ответ, в сети 220 В напряжение доходит и до 380 В при нормальной работе, а при небольшом сбое и 400 В не предел.

Ещё один «парадокс». Конденсатор имеет бесконечное сопротивление в сети постоянного тока, и проводимость в сети переменного, чем выше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. С катушками иначе — увеличение частоты вызывает рост индуктивного сопротивления. Это их свойство используется в колебательном контуре — основе всей связи.

Разница между переменным и постоянным напряжением. Чем отличается постоянный ток от переменного

Лишь немногие способны реально осознать, что переменный и постоянный ток чем-то отличаются. Не говоря уже о том, чтобы назвать конкретные различия. Цель данной статьи – объяснить основные характеристики этих физических величин в терминах, понятных людям без багажа технических знаний, а также предоставить некоторые базовые понятия, касающиеся данного вопроса.

Сложности визуализации

Большинству людей не составляет труда разобраться с такими понятиями, как «давление», «количество» и «поток», поскольку в своей повседневной жизни они постоянно сталкиваются с ними. Например, легко понять, что увеличение потока при поливе цветов увеличит количество воды, выходящей из поливочного шланга, в то время как увеличение давления воды заставит ее двигаться быстрее и с большей силой.

Электрические термины, такие как «напряжение» и «ток», обычно трудно понять, поскольку нельзя увидеть или почувствовать электричество, движущееся по кабелям и электрическим контурам. Даже начинающему электрику чрезвычайно сложно визуализировать происходящее на молекулярном уровне или даже четко понять, что собой представляет, например, электрон. Эта частица находятся вне пределов сенсорных возможностей человека, ее невозможно увидеть и к ней нельзя прикоснуться, за исключением случаев, когда определенное количество их не пройдет через тело человека. Только тогда пострадавший определенно ощутит их и испытывает то, что обычно называют электрическим шоком.

Тем не менее, открытые кабели и провода большинству людей кажутся совершенно безвредными только потому, что они не могут увидеть электронов, только и ждущих того, чтобы пойти по пути наименьшего сопротивления, которым обычно является земля.

Аналогия

Понятно, почему большинство людей не могут визуализировать то, что происходит внутри обычных проводников и кабелей. Попытка объяснить, что что-то движется через металл, идет вразрез со здравым смыслом. На самом базовом уровне электричество не так сильно отличается от воды, поэтому его основные понятия довольно легко освоить, если сравнить электрическую цепь с водопроводной системой. Основное различие между водой и электричеством заключается в том, что первая заполняет что-либо, если ей удастся вырваться из трубы, в то время как второе для передвижения электронов нуждается в проводнике. Визуализируя систему труб, большинству легче понять специальную терминологию.

Напряжение как давление

Напряжение очень похоже на давление электронов и указывает, как быстро и с какой силой они движутся через проводник. Эти физические величины эквивалентны во многих отношениях, включая их отношение к прочности трубопровода-кабеля. Подобно тому, как слишком большое давление разрывает трубу, слишком высокое напряжение разрушает экранирование проводника или пробивает его.

Ток как поток

Ток представляет собой расход электронов, указывающий на то, какое их количество движется по кабелю. Чем он выше, тем больше электронов проходит через проводник. Подобно тому, как большое количество воды требует более толстых труб, большие токи требуют более толстых кабелей.

Использование модели водяного контура позволяет объяснить и множество других терминов. Например, силовые генераторы можно представить как водяные насосы, а электрическую нагрузку – как водяную мельницу, для вращения которой требуется поток и давление воды. Даже электронные диоды можно рассматривать как водяные клапаны, которые позволяют воде течь только в одну сторону.

Постоянный ток

Какая разница между постоянным и переменным током, становится ясно уже из названия. Первый представляет собой движение электронов в одном направлении. Очень просто визуализировать его с использованием модели водяного контура. Достаточно представить, что вода течет по трубе в одном направлении. Обычными устройствами, создающими постоянный ток, являются солнечные элементы, батареи и динамо-машины. Практически любое устройство можно спроектировать так, чтобы оно питалось от такого источника. Это почти исключительная прерогатива низковольтной и портативной электроники.

Постоянный ток довольно прост, и подчиняется закону Ома: U = I × R. измеряется в ваттах и ​​равна: P = U × I.

Из-за простых уравнений и поведения постоянный ток относительно легко осмыслить. Первые системы передачи электроэнергии, разработанные Томасом Эдисоном еще в XIX веке, использовали только его. Однако вскоре разница в переменном токе и постоянном стала очевидной. Передача последнего на значительные расстояния сопровождалась большими потерями, поэтому через несколько десятилетий он был заменен более выгодной (тогда) системой, разработанной Николой Теслой.

Несмотря на то что коммерческие силовые сети всей планеты в настоящее время используют переменный ток, ирония заключается в том, что развитие технологии сделало передачу постоянного тока высокого напряжения на очень больших расстояниях и при экстремальных нагрузках более эффективной. Что, например, используется при соединении отдельных систем, таких как целые страны или даже континенты. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном. Однако первый по-прежнему используется в низковольтных коммерческих сетях.

Постоянный и переменный ток: разница в производстве и использовании

Если переменный ток намного проще производить с помощью генератора, используя кинетическую энергию, то батареи могут создавать только постоянный. Поэтому последний доминирует в схемах питания низковольтных устройств и электроники. Аккумуляторы могут заряжаться только от постоянного тока, поэтому переменный ток сети выпрямляется, когда аккумулятор является основной частью системы.

Широко распространенным примером может служить любое транспортное средство – мотоцикл, автомобиль и грузовик. Генератор, устанавливаемый на них, создает переменный ток, который мгновенно преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, поскольку в системе электроснабжения присутствует аккумулятор, и большинству электроники для работы требуется постоянное напряжение. Солнечные элементы и топливные ячейки также производят только постоянный ток, который затем при необходимости можно преобразовать в переменный с помощью устройства, называемого инвертором.

Направление движения

Это еще один пример разницы постоянного тока и переменного тока. Как следует из названия, последний представляет собой поток электронов, который постоянно меняет свое направление. С конца XIX века почти во всех бытовых и промышленных электрических всего мира используется синусоидальный переменный ток, поскольку его легче получить и гораздо дешевле распределять, за исключением очень немногих случаев передачи на большие расстояния, когда потери мощности вынуждают использовать новейшие высоковольтные системы постоянного тока.

У переменного тока есть еще одно большое преимущество: он позволяет возвращать энергию из точки потребления обратно в сеть. Это очень выгодно в зданиях и сооружениях, которые производят больше энергии, чем потребляют, что вполне возможно при использовании альтернативных источников, таких как солнечные батареи и Тот факт, что переменный ток позволяет обеспечить двунаправленный поток энергии, является основной причиной популярности и доступности альтернативных источников питания.

Частота

Когда дело доходит до технического уровня, к сожалению, объяснить, как работает переменный ток, становится сложно, поскольку модель водяного контура к нему не совсем подходит. Однако можно визуализировать систему, в которой вода быстро меняет направление потока, хотя не понятно, как она при этом будет делать что-то полезное. Переменный ток и напряжение постоянно меняют свое направление. Скорость изменения зависит от частоты (измеряемой в герцах) и для бытовых электрических сетей обычно составляет 50 Гц. Это означает, что напряжение и ток меняют свое направление 50 раз в секунду. Вычислить активную составляющую в синусоидальных системах довольно просто. Достаточно разделить их пиковое значение на √2.

Когда переменный ток меняет направление 50 раз в секунду, это означает, что лампы накаливания включаются и выключаются 50 раз в секунду. Человеческий глаз не может это заметить, и мозг просто верит, что освещение работает постоянно. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном.

Векторная математика

Ток и напряжение не только постоянно меняются – их фазы не совпадают (они несинхронизированные). Подавляющее большинство силовых нагрузок переменного тока вызывает разность фаз. Это означает, что даже для самых простых вычислений нужно применять векторную математику. При работе с векторами невозможно просто складывать, вычитать или выполнять любые другие операции скалярной математики. При постоянном токе, если по одному кабелю в некоторую точку поступает 5A, а по другому – 2A, то результат равен 7A. В случае переменного это не так, потому что итог будет зависеть от направления векторов.

Коэффициент мощности

Активная мощность нагрузки с питанием от сети переменного тока может быть рассчитана с помощью простой формулы P = U × I × cos (φ), где φ – угол между напряжением и током, cos (φ) также называется коэффициентом мощности. Это то, чем отличаются постоянный и переменный ток: у первого cos (φ) всегда равен 1. Активная мощность необходима (и оплачивается) бытовыми и промышленными потребителями, но она не равна комплексной, проходящей через проводники (кабели) к нагрузке, которая может быть рассчитана по формуле S = U × I и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Разница между постоянным и переменным током в расчетах очевидна – они становятся более сложными. Даже для выполнения самых простых вычислений требуется, по крайней мере, посредственное знание векторной математики.

Сварочные аппараты

Разница между постоянным и переменным током проявляется и при сварке. Полярность дуги оказывает большое влияние на ее качество. Электрод-позитивная сварка проникает глубже, чем электрод-негативная, но последняя ускоряет наплавление металла. При постоянном токе полярность всегда постоянная. При переменном она меняется 100 раз в секунду (при 50 Гц). Сварка при постоянном предпочтительнее, так как она производится более ровно. Разница в сварке переменным и постоянным током заключается в том, что в первом случае движение электронов на долю секунды прерывается, что приводит к пульсации, неустойчивости и пропаданию дуги. Этот вид сварки используется редко, например, для устранения блуждания дуги в случае электродов большого диаметра.

Люди давно привыкли к благам электричества и многим все равно, какой ток в розетке. На планете 98% вырабатываемой электроэнергии – это переменный ток. Его намного легче производить и передавать на значительные расстояния, чем постоянный. При этом напряжение может многократно изменяться по величине в сторону понижения и повышения. Сила тока существенно влияет на потери в проводах.

Передача электроэнергии на расстояние

Параметры домашней сети всегда известны: переменный ток, напряжение 220 вольт и частота 50 герц. Они подходят преимущественно для электродвигателей, холодильников и пылесосов, а также ламп накаливания и многих других приборов. Многие потребители работают при постоянном напряжении в 6-12 вольт. Особенно это относится к электронике. Но питание приборов должно приводиться к одному типу. Поэтому для всех потребителей ток в розетке должен быть переменным, с одним напряжением и частотой.

Различие между токами

Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. С генераторов электростанции выходит переменный ток с напряжением 220-400 тыс.

вольт. До многоэтажного дома оно снижается до 12 тыс. вольт, а затем на трансформаторной подстанции преобразуется до 380 вольт.

Ввод в частный дом может быть трехфазным или однофазным. Три фазы заходят в многоэтажный дом, а затем в каждую квартиру с межэтажного щитка, через снимается 220 вольт между нейтральным проводом и фазой.

Схема подключений в квартире от однофазной сети переменного тока

В квартире напряжение подается на счетчик, а с него поступает через отдельные автоматы на соединительные коробки каждого помещения. С коробок делается разводка по комнате на две цепи осветительных приборов и розеток. В схеме рисунка на каждое помещение приходится по одному автомату. Возможен другой способ подключений, когда на осветительную и розеточную цепи устанавливается по одному защитному устройству. В зависимости от того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть в группе или к ней подключается отдельный автомат. Постоянный ток отличается тем, что его направление и свойства не изменяются со временем.

Он применяется во всей электронике дома, светодиодной подсветке и в бытовых приборах. При этом многие не знают, какой ток в розетке. Он приходит из сети переменным, а затем преобразуется в постоянный внутри электроприборов, если в этом есть необходимость.

Если сделать схему снабжения квартиры постоянным током, обратное его преобразование в переменный обойдется значительно дороже.

Преобразователь постоянного тока

Параметры розеток

Определяющими характеристиками для розеток являются уровень защиты и контактная группа. Для хозяина квартиры при выборе розетки необходимо учитывать:

  • место установки: внешняя, скрытая, в помещении или снаружи;
  • форма и соответствие друг другу вилки и розетки, безопасность использования;
  • характеристики сети, особенно, сколько ампер через нее может проходить.

Требования к соединениям

Для подключения электроприбора к сети розетка с вилкой являются соответственно источником и приемником энергии, образуя штепсельное соединение. К нему предъявляются следующие требования.

  1. Надежный контакт. Слабое соединение приводит к разогреву и выходу его из строя. Важно также обеспечить надежную фиксацию от самопроизвольного отключения. Здесь удобно применять пружинящие контакты в розетке.
  2. Изоляция токонесущих частей друг от друга.
  3. Защита от прикосновения руками или разными предметами к деталям, находящимся под напряжением. Для защиты от детей в розетках предусматриваются специальные шторки, открывающиеся только тогда, когда вставляется вилка.
  4. Обеспечение полярности при подключении. Это важно, если через соединение течет постоянный ток или устройство применяется в сочетании с однополюсным выключателем. Конструкция розетки не допускает неправильного подключения.
  5. Наличие заземления для приборов 1 класса защиты. В розетках важно правильно подключить заземление.

В зависимости от условий эксплуатации розетки выполняют с разными уровнями защиты, которые обозначаются кодом IP и следующими за ним двумя числами. Первое (0-6) означает, насколько устройство не допускает попадание внутрь предметов, пыли и т.п. Следующее (0-8) предусматривает защиту от воды. Если розетка обозначена кодом IP68, значит, она имеет самую высокую защиту от внешних воздействий.

По типам изделия обозначаются латинскими буквами. Отечественные выпускаются без заземления (С) и с заземлением (F).

Разновидности розеток

Приборы группы AC (~) предназначены для переменного тока. Постоянный ток обозначается DC (-).

Главным показателем является сила тока, которая допускается для той или иной розетки. Если на ней есть обозначение 6 А, то суммарная подключаемая нагрузка не должна превышать указанного количества ампер. При этом не имеет особого значения, переменный ток через нее проходит или постоянный.

Сколько нагрузки выдержит соединение, оценивают по общей мощности всех подключенных приборов. Для таких потребителей, как микроволновая печь, посудомоечная или стиральная машина используются отдельные розетки не менее чем на 16 ампер с обозначением типа тока. Особое место занимает электроплита, для которой сила номинального тока составляет 25 ампер или больше. Ее следует подключать через отдельное УЗО. За основу берется номинальный ток – количество ампер, которое способна пропустить розетка в течение длительного времени.

Ампер – это единица измерения, по которой измеряется сила тока. Если указана только паспортная мощность, допустимый ток составит I = P/U, где U = 220 вольт. Тогда при мощности 2200 ватт сила тока будет равна 10 ампер.

Обратите внимание на подключение к розеткам электроприборов через удлинители. Здесь легко можно ошибиться с определением, сколько потребуется суммарной мощности нагрузки. Кроме того, удлинитель также должен соответствовать предъявляемым требованиям, поскольку у него имеются свои розетки с маркировкой.

Для переменного тока полярность в штепсельных соединениях особенно не нужна. Фазу обычно находят, если надо подключать к светильникам автомат или однополюсный выключатель. При их отключении прикосновение к нулевому проводу будет не таким опасным.

Розетки расширенной функциональности

Сейчас выпускают новые типы розеток с новыми функциями:

  1. Встроенные таймеры отключения.
  2. Переключение типа тока.
  3. С индикацией величины нагрузки (цвет меняется от зеленого до красного).
  4. Со встроенным УЗО.
  5. С автоматической блокировкой.

Проверка подключения

Напряжение проверяется в розетке подключением вольтметра или тестера. При его наличии прибор укажет, сколько в ней вольт.

Тестер напряжения в розетке

Сила тока может определяться амперметром, подключенным последовательно с работающей нагрузкой.

Электрики проверяют наличие напряжения индикатором. Однополюсный – выполняется в виде отвертки с лампочкой. С его помощью можно найти фазу, но подключение нулевого провода он не покажет. Это можно сделать двухполюсным индикатором, подключив его между фазой и нулем. Легко можно проверить напряжение в розетке контрольной лампой, которому она должна соответствовать.

Изначально люди не знали, что такое ток. Был известен статический заряд, но никто не понимал и не осознавал природы электричества. Понадобились долгие века, пока Кулон разработал собственную теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка способна запасать энергию. К тому времени, как Ван де Грааф создал первый генератор, любой уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного.

История переменного и постоянного электрического тока

Издавна, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел. Кстати, свойства пьезоэлектричества впервые описаны именно на примере турмалина.

В начала 19-го века было показано, что нагретый кристалл приобретает электрический заряд. За счёт деформации образовались два полюса:

  • Южный (аналогический).
  • Северный (антилогический).

Причём если температура после нагрева остаётся постоянной, электричество исчезает. Потом появление полюсов отмечается уже при охлаждении. Выходит, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество. Дальнейшие исследования показали, что размер потенциала зависит от:

  1. Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
  2. Разницы температур.

Прочие факторы влияния на величину заряда не оказывают. Указанное явление получило название пироэлектричества. Диэлектрик турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих свойств. Пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл продолжит копить заряд по мере изменения температуры. Линию, объединяющую полюса, назвали пироэлектрической осью.

Пьезоэлектричество открыто известной парой Кюри на основе турмалина в 1880 году. Осознавалось, что при изменении размеров кристалла начнут вырабатываться заряды, осталось лишь придумать методику для проведения опыта. Кюри использовал для этого статическое давление обычной массы. Эксперимент проводится на изолирующей поверхности. К примеру, масса в 1 кг вызывает появление в кристалле турмалина электрического заряда в пределах пяти сотых статических единиц.

Как появляется электрический ток

Любопытно, что стройная теория по описанному явлению ещё не создана. Важно указание, что в природе присутствуют заряды, получаемые различными методами. Во время грозы это происходит за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и прочих явлений. Земля заряжена отрицательно, вверх постоянно течёт ток через атмосферу. Током называется движение носителей заряда в силу неких причин. К примеру, разницы потенциалов – перепад в уровне носителей между двумя точками пространства.

Сравним с напором воды. Когда преграда устраняется, поток хлынет в направлении меньшего давления. Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина. Допустим, появились на его концах заряды. Дальше потребуется вызвать движение, к примеру, медной жилкой провода. Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей продолжится, пока потенциал не уравняется. При этом кристалл разряжается.

О переменности или постоянстве тока нельзя сказать в ходе указанного ходе процесса. Переменный и постоянный ток являются физическими идеалами, а используются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.


Электрический ток в действительности

На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не синусоидальная. По разным причинам вид графика искажается. Это, к примеру, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы. Форма переменного и постоянного тока искажается. Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре. Для борьбы с подобной напастью требовались методы, и математики придумали спектральный анализ.

Колебание любой формы возможно представить в виде суммы с различным удельным весом простейших синусоид разной частоты. Получается, что по цепи двигается одновременно масса составляющих, в совокупности дающих ток. Причём не обязательно все составляющие двигаются заодно с основной массой. Представим элементы как группу муравьёв, каждый тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет груз перемещаться лишь в одну. Упомянем, что помимо коэффициента (амплитуды) каждая составляющая обладает фазой (направлением), а именуется гармоникой.

Каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (преимущественно 50 Гц) проходили внутрь прибора, а прочее уходило на землю. Указан признак для решения затруднения, упомянутого в начале. Любое колебание представляется в виде набора полезных и вредных сигналов, исходя из этого, аппаратуру полагается конструировать надлежащим образом. К примеру, на описанном принципе работают все приёмники: избирательно пропускают ток нужной частоты. Так удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.

Примеры использования переменного и постоянного тока

Приблизительно постоянным считается ток разряда автомобильного аккумулятора. Напряжение здесь постепенно падает, а потому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавно. Ток течёт в одном направлении и проявляет приблизительно постоянную плотность. Аналогично работают:

  1. Аккумулятор сотового телефона.
  2. Батарейка любого типа.
  3. Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников постоянного тока (генераторов), за исключением матушки-Земли, нет. Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с конкретной частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Потом промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Источником постоянного тока допустимо считать адаптеры. Это устройства, выполняющие преобразование переменного тока в постоянный. Допустим, у сотовых телефонов это +5 В, а для мобильных раций характерен большой разброс. Устройство постоянного тока может функционировать исключительно от номинала, для которого сконструировано. В противном случае либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.

Это касается и переменного, и постоянного тока. Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется. Из соображений экономии двигатели работают от трёх фаз. Каждая считается переменным током частоты 50 Гц. Говорили выше, что у любой гармоники присутствует фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что три фазы равно отстоят друг от друга. При подобном раскладе генераторам ГЭС легче производить энергию, поступающую в дома в неизменном виде. Но в квартиру заходит единственная фаза переменного тока.

Поэтому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Важными признаются параметры переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К параметрам переменного тока относят:

  1. Действующее значение напряжения — вызывающее в обычном проводнике постоянное идентичного номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из двух раз либо близко к указанному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
  2. К частоте переменного тока предъявляются повышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми долями процента. Потому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
  3. Нелинейные искажения считаются отдельной темой. Требований множество, определиться непросто. Особенно строго нормируются гармоники основной частоты, к примеру: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к параметрам постоянного тока. Допустим, известные автомобильные аккумуляторы в действительности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккумуляторе зарегистрировано напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем внимательно читать инструкции. Дополним: в отдельных ноутбуках присутствует заряд бережного расхода энергии аккумулятора. В этом случае уровень поддерживается в рамках двух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит дольше.

Итак, требования направлены на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Параметры постоянного и переменного тока считаются фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.

Несмотря на то, что электрический ток является незаменимой частью современной жизни, многие пользователи не знают о нем даже основополагающих сведений. В данной статье, опустив курс базовой физики, рассмотрим, чем отличается постоянный ток от переменного, а также какое он находит применение в современных бытовых и промышленных условиях.

Вконтакте

Различие типов тока

Что такое ток, рассматривать здесь не будем, а сразу перейдем к основной теме статьи. Переменный ток отличается от постоянного тем, что он непрерывно изменяется по направлению движения и своей величине .

Изменения эти осуществляются периодами через равные временные отрезки. Для создания подобного тока применяют специальные источники или генераторы, выдающие переменную ЭДС (электродвижущую силу), которая регулярно изменяется.

Основополагающая схема упомянутого устройства для генерации переменного тока довольно проста. Это рамка в виде прямоугольника, изготавливаемая из медных проволок, которая закрепляется на ось, а затем при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Кончики этой рамки припаиваются к медным контактным колечкам, скользящим по непосредственно контактным пластинкам, вращаясь синхронно с рамкой.

При условии равномерного ритма вращения начинает индуцироваться ЭДС, которая периодически изменяется. Измерить ЭДС, возникшую в рамке, возможно специальным прибором. Благодаря появлению реально определить переменную ЭДС и вместе с ней переменный ток.

В графическом исполнении эти величины характерно изображаются в виде волнообразной синусоиды . Понятие синусоидального тока зачастую относится к переменному току, поскольку подобный характер изменения тока является наиболее распространенным.

Переменный ток – алгебраическая величина, а его значение в конкретный временной момент именуется мгновенным значением. Знак непосредственно самого переменного тока определяется по направлению, в котором в данный временной момент проходит ток. Следовательно, знак бывает положительным и отрицательным.

Характеристики тока

Для сравнительной оценки всевозможных переменных токов применяют критерии, именуемые параметрами переменного тока , среди которых:

  • период;
  • амплитуда;
  • частота;
  • круговая частота.

Период – отрезок времен, когда производится законченный цикл изменения тока. Амплитудой называют максимальное значение. Частотой переменного тока назвали количество законченных периодов за 1 сек.

Перечисленные выше параметры дают возможность отличать различные виды переменных токов, напряжений и ЭДС.

При расчете сопротивления разных цепей воздействию переменного тока допустимо подключить еще один характерный параметр, именуемый угловой либо круговой частотой . Этот параметр определяется скоростью вращения вышеупомянутой рамки под определенным углом в одну секунду.

Важно! Следует понимать, чем отличается ток от напряжения. Принципиальная разница известна: ток является количеством энергии, а напряжением называется мера .

Переменный ток получил свое название, потому что направление движения у электронов безостановочно изменяется, как и заряд. У него встречается различная частота и электрическое напряжение.

Это и является отличительной чертой от постоянного тока, где направление движения электронов неизменно . Если сопротивление, напряжение и сила тока неизменны, а ток течет только в одну сторону, то такой ток является постоянным.

Для прохождения постоянного тока в металлах потребуется, чтобы источник постоянного напряжения оказался замкнут на себя при помощи проводника, которым и является металл. В отдельных ситуациях для выработки постоянного тока применяют химический источник энергии, который называется гальваническим элементом.

Передача тока

Источники переменного тока – обычные розетки. Они располагаются на объектах разнообразного назначения и в жилых помещениях. К ним подключаются различные электрические приборы, которые получают необходимое для их работы напряжение.

Использование переменного тока в электрических сетях является экономически обоснованным, поскольку величина его напряжения может преобразовываться к уровню необходимых значений. Совершается это при помощи трансформаторного оборудования с допускаемыми незначительными потерями. Транспортировка от источников электроснабжения к конечным потребителям является более дешевой и простой.

Передача тока к потребителям начинается непосредственно с электростанции, где используется разновидность чрезвычайно мощных электрических генераторов. Из них получают электрический ток, который по кабелям направляется к трансформаторным подстанциям. Зачастую подстанции располагают неподалеку от промышленных либо жилых объектов электрического потребления. Полученный подстанциями ток преобразуется в трехфазное переменное напряжение.

В батарейках и аккумуляторах содержится постоянный ток , который отличается устойчивостью свойств, т.е. они не изменяются со течением времени. Он используется в любых современных электрических изделиях, а еще в автомобилях.

Преобразование тока

Рассмотрим отдельно процесс преобразования переменного тока в постоянный. Данный процесс производится при помощи специализированных выпрямителей и включает три шага:

  1. Первым шагом подключается четырехдиодный мост заданной мощности. Это в свою очередь позволяет задать движение однонаправленного типа у заряженных частиц. Кроме того, он понижает верхние значения у синусоид, свойственных переменному току.
  2. Далее подключается фильтр для сглаживания либо специализированный конденсатор. Это осуществляется с диодного моста на выход. Сам же фильтр способствует исправлению впадин между пиковыми значениями синусоид. А подключение конденсатора значительно снижает пульсации и приводит их к минимальным значениям.
  3. Затем производится подключение устройств, стабилизирующих напряжение, с целью снижения пульсаций.

Данный процесс, в случае необходимости, способен производиться в двух направлениях, конвертируя постоянный и переменный ток.

Еще одной отличительной чертой является распространение электромагнитных волн по отношению к пространству. Доказано, что постоянный тип тока не позволяет электромагнитным волнам распространяться в пространстве, а переменный ток может вызывать их распространение. Кроме того, при транспортировке переменного тока по проводам индукционные потери значительно меньше, нежели при передаче постоянного тока.

Обоснование выбора тока

Разнообразие токов и отсутствие единого стандарта обуславливается не только потребностью в различных характеристиках в каждой индивидуальной ситуации. В решении большинства вопросов перевес оказывается в пользу переменного тока. Подобная разница между видами токов обуславливается следующими аспектами:

  • Возможность передачи переменного тока на значительные расстояния. Возможность преобразования в разнородных электрических цепях с неоднозначным уровнем потребления.
  • Поддержание постоянного напряжения для переменного тока оказывается в два раза дешевле, нежели для постоянного.
  • Процесс преобразования электрической энергии непосредственно в механическую силу осуществляется со значительно меньшими затратами в механизмах и двигателях переменного тока.

Переменный ток – род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Постоянный способен изменяться по амплитуде, направление прежнее. В противном случае получаем переменный ток. Трактовка радиотехников противоположна школьной. Ученикам говорят — постоянный ток одной амплитуды.

Как образуется переменный ток

Начало переменному току положил Майкл Фарадей, читатели подробнее узнают ниже по тексту. Показано: электрическое и магнитное поля связаны. Ток становится следствием взаимодействия. Современные генераторы работают за счет изменения величины магнитного потока через площадь, охватываемую контуром медной проволоки. Проводник может быть любым. Медь выбрана из критериев максимальной пригодности при минимальной стоимости.

Статический заряд преимущественно образуется трением (не единственный путь), переменный ток возникает в результате незаметных глазу процессов. Величина пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, охваченную контуром.

История открытия переменного тока

Впервые переменным токам стали уделять внимание ввиду коммерческой ценности после появления на свет изобретений, созданных Николой Тесла. Материальный конфликт с Эдисоном отметил сильным отпечатком судьбы обоих. Когда американский предприниматель забрал назад обещания перед Николой Тесла, потерял немалую выгоду. Выдающемуся ученому не понравилось вольное обращение, серб выдумал двигатель переменного тока промышленного типа (изобретение сделал намного раньше). Предприятия пользовались исключительно постоянным. Эдисон продвигал указанный вид.

Тесла впервые показал: переменным напряжением можно достичь гораздо больших результатов. В особенности, когда энергию приходится передавать на большие расстояния. Использование трансформаторов без труда позволяет повысить напряжение, резко снижая потери на активном сопротивлении. Приемная сторона параметры вновь возвращает к исходным. Неплохо сэкономите на толщине проводов.

Сегодня показано: передача постоянного тока экономически выгоднее. Тесла изменил ход истории. Придумай ученый преобразователи постоянного тока, мир выглядел бы иначе.

Начало активному использованию переменного тока положил Никола Тесла, создав двухфазный двигатель. Опыты передачи энергии на значительные расстояния расставили факты по своим местам: неудобно переносить производство в район Ниагарского водопада, гораздо проще проложить линию до места назначения.

Школьный вариант трактовки переменного и постоянного тока

Переменный ток демонстрирует ряд свойств, отличающих явление от постоянного. Вначале обратимся к истории открытия явления. Родоначальником переменного тока в обиходе человечества считают Отто фон Герике. Первым заметил: заряды природныедвух знаков. Ток способен протекать в разном направлении. Касательно Тесла, инженер больше интересовался практической частью, авторские лекции упоминают двух экспериментаторов британского происхождения:

  1. Вильям Споттисвуд лишен странички русскоязычной Википедии, национальная часть — замалчивает работы с переменным током. Подобно Георгу Ому, ученый — талантливый математик, остается сожалеть, что с трудом можно узнать, чем именно занимался муж науки.
  2. Джеймс Эдвард Генри Гордон намного ближе практической части вопроса применения электричества. Много экспериментировал с генераторами, разработал прибор собственной конструкции мощностью 350 кВт. Много внимания уделял освещению, снабжению энергией заводов, фабрик.

Считается, первые генераторы переменного тока созданы в 30-е годы XIX века. Майкл Фарадей экспериментально исследовал магнитные поля. Опыты вызывали ревность сэра Хемфри Дэви, критиковавшего ученика за плагиат. Сложно потомкам выяснить правоту, факт остается фактом: переменный ток полвека просуществовал невостребованным. В первой половине XIX-го века выдуман электрический двигатель (авторство Майкла Фарадея). Работал, питаемый постоянным током.

Никола Тесла впервые догадался реализовать теорию Араго о вращающемся магнитном поле. Понадобились две фазы переменного тока (сдвиг 90 градусов). Попутно Тесла отметил: возможны более сложные конфигурации (текст патента). Позднее изобретатель трехфазного двигателя, Доливо-Добровольский, тщетно силился запатентовать детище плодотворного ума.

Продолжительное время переменный ток оставался невостребованным. Эдисон противился внедрению явления в обиход. Промышленник боялся крупных финансовых потерь.

Никола Тесла изучал электрические машины

Почему переменный ток используется чаще постоянного

Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Никола Тесла перевернул ход развития истории, правда восторжествовала.

Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности

Никола Тесла посетил конкурирующую с эдисоновской компанию, продвигая новое явление. Увлекся, часто ставил эксперименты на себе. В противовес сэру Хемфри Дэви, который укоротил жизнь, вдыхая различные газы, Тесла добился немалого успеха: покорил рубеж 86 лет. Ученый обнаружил: изменение направления течения тока со скоростью выше 700 раз в секунду делает процесс безопасным для человека.

Во время лекций Тесла брал руками лампочку с платиновой нитью накала, демонстрировал свечение прибора, пропуская через собственное тело токи высокой частоты. Утверждал: явление безвредно, даже приносит пользу здоровью. Ток, протекая по поверхности кожи, одновременно очищает. Тесла говорил, экспериментаторы прежних дней (смотрите выше) пропускали удивительные явления по указанным причинам:

  • Несовершенные генераторы механического типа. Вращающееся поле использовалось в прямом смысле: при помощи двигателя раскручивался ротор. Подобный принцип бессилен выдать токи высокой частоты. Сегодня проблематично, невзирая на нынешний уровень развития технологии.
  • В простейшем случае применялись ручные размыкатели. Вовсе нечего говорить о высоких частотах.

Сам Тесла использовал явление заряда и разряда конденсатора. Подразумеваем RC-цепочку. Будучи заряжен до определённого уровня, конденсатор начинает разряжаться через сопротивление. Параметров элементов определяют скорость процесса, протекающего согласно экспоненциальному закону. Тесла лишен возможности использовать методы управления контуров полупроводниковыми ключами. Термионные диоды были известны. Рискнем предположить, Тесла мог использовать изделия, имитируя стабилитроны, оперируя с обратимым пробоем.

Однако вопросы безопасности лишены почетного первого места. Частоту 60 Гц (общепринятая США) предложил Никола Тесла, как оптимальную для функционирования двигателей собственной конструкции. Сильно отличается от безопасного диапазона. Проще сконструировать генератор. Переменный ток в обоих смыслах выигрывает у постоянного.

Через эфир

Поныне безуспешно ведутся споры, касаемо первооткрывателя радио. Прохождение волны через эфир обнаружил Герц, описав законы движения, показав, сродство оптическим. Сегодня известно: переменное поле бороздит пространстве. Явление Попов (1895 год) использовал, передавая первое Земное сообщение «Генрих Герц».

Видим, ученые мужи дружны между собой. Сколько уважения демонстрирует первое сообщение. Дата остается спорной, каждое государство первенство хочет присвоить безраздельно. Переменный ток создает поле, распространяющееся через эфир.

Сегодня общеизвестны диапазоны вещания, окна, стены атмосферы, различных сред (вода, газы). Важное место отводится частоте. Установлено, каждый сигнал можно представить суммой элементарных колебаний-синусоид (согласно теоремам Фурье). Спектральный анализ оперирует простейшими гармониками. Суммарный эффект рассматривается, как равнодействующая элементарных составляющих. Произвольный сигнал раскладывается преобразованием Фурье.

Окна атмосферы определяются аналогичным образом. Увидим частоты, проходящие сквозь толщу хорошо и плохо. Не всегда последнее оказывается негативным эффектом. Микроволновые печи используют частоты 2,4 ГГц, ударно поглощаемые парами воды. Для связи волны бесполезны, зато хороши кулинарными способностями!

Новичков тревожит вопрос распространения волны через эфир. Обсудим подробнее неразрешенную поныне учеными загадку.

Вибратор Герца, эфир, электромагнитная волна

Взаимосвязь электрического, магнитного полей впервые продемонстрировал в 1821 году Майкл Фарадей. Чуть позднее показали: конденсатор пригоден для создания колебаний. Нельзя сказать, чтобы связь двух событий немедленно осознали. Феликс Савари разряжал лейденскую банку через дроссель, сердечником которому служила стальная игла.

Неизвестно доподлинно, чего добивался астроном, результат оказался любопытным. Иногда игла оказывалась намагниченной в одном направлении, иногда — противоположном. Ток генератора одного знака. Ученый правильно сделал вывод: затухающий колебательный процесс. Толком не зная индуктивных, емкостных реактивных сопротивлений.

Теорию процесс подвели позже. Опыты повторены Джозефом Генри, Вильямом Томпсоном, определившим резонансную частоту: где процесс продолжался максимальный период времени. Явление позволило количественно описать зависимости характеристик цепи от элементов составляющих (индуктивность и емкость). В 1861 году Максвелл вывел знаменитые уравнения, одно следствие особенно важно: «Переменное электрическое поле порождает магнитное и наоборот».

Возникает волна, векторы индукции взаимно перпендикулярны. Пространственно повторяют форму породившего процесса. Волна бороздит эфир. Явление использовал Генрих Герц, развернув обкладки конденсатора в пространстве, плоскости стали излучателями. Попов догадался закладывать информацию в электромагнитную волну (модулировать), что используется сегодня повсеместно. Причем в эфире и внутри полупроводниковой техники.

Где используется переменный ток

Переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, читатели сделают выводы:

  1. Постоянный ток применяется в аккумуляторах. Переменный порождает движение – не может храниться современными устройствами. Потом в приборе электричество преобразуется в нужную форму.
  2. КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине выгодно применять указанные разновидности.
  3. При помощи постоянного тока действуют магниты. К примеру, домофонов.
  4. Постоянное напряжение применяется электроникой. Потребляемый ток варьируется в некоторых пределах. В промышленности носит название постоянного.
  5. Постоянное напряжение применяется кинескопами для создания потенциала, увеличения эмиссии катода. Случаи назовем аналогами блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие значительно.

В остальных случаях переменный ток выказывает весомое преимущество. Трансформаторы — неотъемлемая составляющая техники. Даже в сварке далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики.

Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Вспомним шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский.

В чем разница переменного тока и постоянного?

Лишь немногие способны реально осознать, что переменный и постоянный ток чем-то отличаются. Не говоря уже о том, чтобы назвать конкретные различия. Цель данной статьи – объяснить основные характеристики этих физических величин в терминах, понятных людям без багажа технических знаний, а также предоставить некоторые базовые понятия, касающиеся данного вопроса.

Сложности визуализации

Большинству людей не составляет труда разобраться с такими понятиями, как «давление», «количество» и «поток», поскольку в своей повседневной жизни они постоянно сталкиваются с ними. Например, легко понять, что увеличение потока при поливе цветов увеличит количество воды, выходящей из поливочного шланга, в то время как увеличение давления воды заставит ее двигаться быстрее и с большей силой.

Электрические термины, такие как «напряжение» и «ток», обычно трудно понять, поскольку нельзя увидеть или почувствовать электричество, движущееся по кабелям и электрическим контурам. Даже начинающему электрику чрезвычайно сложно визуализировать происходящее на молекулярном уровне или даже четко понять, что собой представляет, например, электрон. Эта частица находятся вне пределов сенсорных возможностей человека, ее невозможно увидеть и к ней нельзя прикоснуться, за исключением случаев, когда определенное количество их не пройдет через тело человека. Только тогда пострадавший определенно ощутит их и испытывает то, что обычно называют электрическим шоком.

Тем не менее, открытые кабели и провода большинству людей кажутся совершенно безвредными только потому, что они не могут увидеть электронов, только и ждущих того, чтобы пойти по пути наименьшего сопротивления, которым обычно является земля.

Аналогия

Понятно, почему большинство людей не могут визуализировать то, что происходит внутри обычных проводников и кабелей. Попытка объяснить, что что-то движется через металл, идет вразрез со здравым смыслом. На самом базовом уровне электричество не так сильно отличается от воды, поэтому его основные понятия довольно легко освоить, если сравнить электрическую цепь с водопроводной системой. Основное различие между водой и электричеством заключается в том, что первая заполняет что-либо, если ей удастся вырваться из трубы, в то время как второе для передвижения электронов нуждается в проводнике. Визуализируя систему труб, большинству легче понять специальную терминологию.

Напряжение как давление

Напряжение очень похоже на давление электронов и указывает, как быстро и с какой силой они движутся через проводник. Эти физические величины эквивалентны во многих отношениях, включая их отношение к прочности трубопровода-кабеля. Подобно тому, как слишком большое давление разрывает трубу, слишком высокое напряжение разрушает экранирование проводника или пробивает его.

Ток как поток

Ток представляет собой расход электронов, указывающий на то, какое их количество движется по кабелю. Чем он выше, тем больше электронов проходит через проводник. Подобно тому, как большое количество воды требует более толстых труб, большие токи требуют более толстых кабелей.

Использование модели водяного контура позволяет объяснить и множество других терминов. Например, силовые генераторы можно представить как водяные насосы, а электрическую нагрузку – как водяную мельницу, для вращения которой требуется поток и давление воды. Даже электронные диоды можно рассматривать как водяные клапаны, которые позволяют воде течь только в одну сторону.

Постоянный ток

Какая разница между постоянным и переменным током, становится ясно уже из названия. Первый представляет собой движение электронов в одном направлении. Очень просто визуализировать его с использованием модели водяного контура. Достаточно представить, что вода течет по трубе в одном направлении. Обычными устройствами, создающими постоянный ток, являются солнечные элементы, батареи и динамо-машины. Практически любое устройство можно спроектировать так, чтобы оно питалось от такого источника. Это почти исключительная прерогатива низковольтной и портативной электроники.

Постоянный ток довольно прост, и подчиняется закону Ома: U = I × R. Мощность нагрузки измеряется в ваттах и ​​равна: P = U × I.

Из-за простых уравнений и поведения постоянный ток относительно легко осмыслить. Первые системы передачи электроэнергии, разработанные Томасом Эдисоном еще в XIX веке, использовали только его. Однако вскоре разница в переменном токе и постоянном стала очевидной. Передача последнего на значительные расстояния сопровождалась большими потерями, поэтому через несколько десятилетий он был заменен более выгодной (тогда) системой, разработанной Николой Теслой.

Несмотря на то что коммерческие силовые сети всей планеты в настоящее время используют переменный ток, ирония заключается в том, что развитие технологии сделало передачу постоянного тока высокого напряжения на очень больших расстояниях и при экстремальных нагрузках более эффективной. Что, например, используется при соединении отдельных систем, таких как целые страны или даже континенты. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном. Однако первый по-прежнему используется в низковольтных коммерческих сетях.

Постоянный и переменный ток: разница в производстве и использовании

Если переменный ток намного проще производить с помощью генератора, используя кинетическую энергию, то батареи могут создавать только постоянный. Поэтому последний доминирует в схемах питания низковольтных устройств и электроники. Аккумуляторы могут заряжаться только от постоянного тока, поэтому переменный ток сети выпрямляется, когда аккумулятор является основной частью системы.

Широко распространенным примером может служить любое транспортное средство – мотоцикл, автомобиль и грузовик. Генератор, устанавливаемый на них, создает переменный ток, который мгновенно преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, поскольку в системе электроснабжения присутствует аккумулятор, и большинству электроники для работы требуется постоянное напряжение. Солнечные элементы и топливные ячейки также производят только постоянный ток, который затем при необходимости можно преобразовать в переменный с помощью устройства, называемого инвертором.

Направление движения

Это еще один пример разницы постоянного тока и переменного тока. Как следует из названия, последний представляет собой поток электронов, который постоянно меняет свое направление. С конца XIX века почти во всех бытовых и промышленных электрических всего мира используется синусоидальный переменный ток, поскольку его легче получить и гораздо дешевле распределять, за исключением очень немногих случаев передачи на большие расстояния, когда потери мощности вынуждают использовать новейшие высоковольтные системы постоянного тока.

У переменного тока есть еще одно большое преимущество: он позволяет возвращать энергию из точки потребления обратно в сеть. Это очень выгодно в зданиях и сооружениях, которые производят больше энергии, чем потребляют, что вполне возможно при использовании альтернативных источников, таких как солнечные батареи и ветряные турбины. Тот факт, что переменный ток позволяет обеспечить двунаправленный поток энергии, является основной причиной популярности и доступности альтернативных источников питания.

Частота

Когда дело доходит до технического уровня, к сожалению, объяснить, как работает переменный ток, становится сложно, поскольку модель водяного контура к нему не совсем подходит. Однако можно визуализировать систему, в которой вода быстро меняет направление потока, хотя не понятно, как она при этом будет делать что-то полезное. Переменный ток и напряжение постоянно меняют свое направление. Скорость изменения зависит от частоты (измеряемой в герцах) и для бытовых электрических сетей обычно составляет 50 Гц. Это означает, что напряжение и ток меняют свое направление 50 раз в секунду. Вычислить активную составляющую в синусоидальных системах довольно просто. Достаточно разделить их пиковое значение на √2.

Когда переменный ток меняет направление 50 раз в секунду, это означает, что лампы накаливания включаются и выключаются 50 раз в секунду. Человеческий глаз не может это заметить, и мозг просто верит, что освещение работает постоянно. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном.

Векторная математика

Ток и напряжение не только постоянно меняются – их фазы не совпадают (они несинхронизированные). Подавляющее большинство силовых нагрузок переменного тока вызывает разность фаз. Это означает, что даже для самых простых вычислений нужно применять векторную математику. При работе с векторами невозможно просто складывать, вычитать или выполнять любые другие операции скалярной математики. При постоянном токе, если по одному кабелю в некоторую точку поступает 5A, а по другому – 2A, то результат равен 7A. В случае переменного это не так, потому что итог будет зависеть от направления векторов.

Коэффициент мощности

Активная мощность нагрузки с питанием от сети переменного тока может быть рассчитана с помощью простой формулы P = U × I × cos (φ), где φ – угол между напряжением и током, cos (φ) также называется коэффициентом мощности. Это то, чем отличаются постоянный и переменный ток: у первого cos (φ) всегда равен 1. Активная мощность необходима (и оплачивается) бытовыми и промышленными потребителями, но она не равна комплексной, проходящей через проводники (кабели) к нагрузке, которая может быть рассчитана по формуле S = U × I и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Разница между постоянным и переменным током в расчетах очевидна – они становятся более сложными. Даже для выполнения самых простых вычислений требуется, по крайней мере, посредственное знание векторной математики.

Сварочные аппараты

Разница между постоянным и переменным током проявляется и при сварке. Полярность дуги оказывает большое влияние на ее качество. Электрод-позитивная сварка проникает глубже, чем электрод-негативная, но последняя ускоряет наплавление металла. При постоянном токе полярность всегда постоянная. При переменном она меняется 100 раз в секунду (при 50 Гц). Сварка при постоянном предпочтительнее, так как она производится более ровно. Разница в сварке переменным и постоянным током заключается в том, что в первом случае движение электронов на долю секунды прерывается, что приводит к пульсации, неустойчивости и пропаданию дуги. Этот вид сварки используется редко, например, для устранения блуждания дуги в случае электродов большого диаметра.

Отличие постоянного тока от переменного. Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Содержание

  1. Ток постоянный и переменный
  2. Ток постоянный и переменный
  3. Графические изображения
  4. Преобразователь постоянного тока в переменный
  5. Происхождение
  6. Почему переменный ток используется чаще
  7. Отличие постоянного тока от переменного и их особенности
  8. Что такое электрический ток?
  9. Ток постоянный и переменный
  10. Различия токов
  11. Передача тока на большие расстояния
  12. Особенности передачи
  13. Генерирование
  14. История
  15. Формулы для расчета постоянного тока
  16. Формулы для расчета переменного тока
  17. Примеры использования переменного и постоянного тока
  18. Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток
  19. Когда использовать переменный или постоянный ток?
  20. Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное?
  21. Разница в переменном и постоянном токе
  22. Методы измерения напряжения и тока
  23. Шрифт конвертера безопасности
  24. Обобщенные определения
  25. Графические изображения
  26. Война токов

Ток постоянный и переменный

Электроны в проводниках движутся от плюса к минусу. Движение равномерное, всё время с постоянной величиной. Если задаться вопросом, какие токи носят определение постоянных, сначала нужно хорошо представлять, куда течёт ток.

Внимание! Направлением тока считают то направление, куда движутся положительно заряженные частицы: от плюса к минусу. Хотя дорога свободных электронов лежит от минуса к плюсу.


Значит, постоянный ток – это направленное перемещение заряженных частиц, несущих в себе положительный заряд, которые не меняют свои величину и направление с течением времени. Все остальные токи – переменные. В этом их разница.

Alternative Current – AC, так обозначается переменный ток на приборах. Direct Current – DC, это понятное обозначение постоянного тока.

Ток постоянный и переменный

Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно. Его характеристики позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшей его силе. Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными. А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.

А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего используют разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.

Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.

Графические изображения

Благодаря применению графического метода, можно получить наглядное представление динамических изменений различных величин. Ниже приведен график изменения напряжения с течением времени для гальванического элемента 3336Л (4,5 В).

Горизонтальная ось отображает время, вертикальная – напряжение

Как видим, график представляет собой прямую линию, то есть напряжение источника остается неизменным.

Теперь приведем график динамики изменения напряжения в течение одного цикла (полного оборота рамки) работы генератора,.

Горизонтальная ось отображает угол поворота в градусах, вертикальная — величину ЭДС (напряжение)

Для наглядности покажем начальное положение рамки в генераторе, соответствующее начальной точке отчета на графике (0°)

Начальное положение рамки

Обозначения:

  • 1 – полюса магнита S и N;
  • 2 – рамка;
  • 3 – направление вращения рамки;
  • 4 – магнитное поле.

Теперь посмотрим, как будет изменяться ЭДС в процессе одного цикла вращения рамки. В начальном положении ЭДС будет нулевым. В процессе вращения эта Вначнет плавно возрастать, достигнув максимума в момент, когда рамка будет под углом 90°. Дальнейшее вращение рамки приведет к снижению ЭДС, достигнув минимума в момент поворота на 180°.

Продолжая процесс, можно увидеть, как электродвижущая сила меняет направление. Характер изменений поменявшей направление ЭДС будет таким же. То есть она начнет плавно возрастать, достигнув пика в точке, соответствующей повороту на 270°, после чего будет снижаться, пока рамка не завершит полный цикл вращения (360°).

Если график продолжить на несколько циклов вращения, мы увидим характерную для переменного электротока синусоиду. Ее период будет соответствовать одному обороту рамки, а амплитуда – максимальной величине ЭДС (прямой и обратной).

Теперь перейдем к еще одной важной характеристике переменного электротока – частоте. Для ее обозначения принята латинская буква «f», а единица ее измерения – герц (Гц). Этот параметр отображает количество полных циклов (периодов) изменения ЭДС в течение одной секунды.

Определяется частота по формуле: . Параметр «Т» отображает время одного полного цикла (периода), измеряется в секундах. Соответственно, зная частоту, несложно определить время периода. Например, в быту используется электроток с частотой 50 Гц, следовательно, время его периода будет две сотых секунды (1/50=0,02).

Преобразователь постоянного тока в переменный


В данном случае процесс выглядит достаточно сложным. Инвертор – стандартный прием в бытовых условиях, представляет собой генератор напряжения периодического вида, получаемого из приближенного к синусоиде постоянного.

Высокие цены на подобное устройство обусловлены сложностью конструкции. Стоимость в значительной степени обусловлена максимальной мощностью тока на выходе.

Применяется в довольно редких ситуациях. Например, в случае необходимости подсоединить к электросети автомобиля какой-то инструмент или приборы.

Происхождение

Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.

Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.

Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.

Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Отличие постоянного тока от переменного и их особенности

Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет большую угрозу, другие искренне убеждены, что синусоида переменного тока, совпав по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его.

Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, т.к. не у каждого имеется электротехническое образование.

При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока.

Обратите внимание

С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему.

Большинству известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, а переменный поступает в квартиры и помещения посредством электросети и благодаря ему работают бытовые электроприборы и освещение. Но мало кто задумывался, почему одно напряжение позволяет получить другое и для чего это нужно.

Имеет смысл ответить на все возникшие вопросы.

Что такое электрический ток?

Электрическим током называют постоянную или переменную величину, которая возникает на основе направленного или упорядоченного движения, создаваемого заряженными частицами — в металлах это электроны, в электролите — ионы, а в газе — и те, и другие. Иными словами, говорят, что электрический ток «течет» по проводам.

Некоторые ошибочно полагают, что каждый заряженный электрон двигается по проводнику от источника до потребителя. Это не так. Он лишь передает заряд на соседние электроны, сам оставаясь на месте. Т.е. его движение хаотично, но микроскопично. Ну а уже сам заряд, двигаясь по проводнику, достигает потребителя.

Электрический ток имеет такие параметры измерения, как: напряжение, т.е. его величина, измеряющаяся в вольтах (В) и сила тока, которая измеряется в амперах (А). Что очень важно, при трансформации, т.е.

уменьшении или увеличении при помощи специальных устройств, одна величина воздействует на другую обратно пропорционально.

Это значит, что уменьшив напряжение посредством обычного трансформатора, добиваются увеличения силы тока и наоборот.

Ток постоянный и переменный

Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно.

Его характеристики позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшей его силе. Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными.

А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.

А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего используют разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.

Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.

Различия токов

Конечно же, главным различием переменного и постоянного тока является возможность переправки DC на большое расстояние.

При этом, если таким же путем переправить постоянный ток, его просто не останется. По причине разности потенциалов он израсходуется.

Так же стоит отметить то, что преобразовать в переменный очень сложно, в то время как в обратном порядке подобное действие вполне легко выполнимо.

Важно

Намного экономичнее преобразование электричества в механическую энергию именно при помощи двигателей, работающих от АС, хотя и имеются области, в которых возможно применение механизмов только прямого тока.

Ну и последнее по очереди, но не по смыслу — все-таки переменный ток безопаснее для людей. Именно по этой причине все приборы, используемые в быту и работающие от DC, являются слаботочными. А вот совсем отказаться от применения более опасного в пользу другого никак не получится именно по указанным выше причинам.

Все изложенное приводит к обобщенному ответу на вопрос, чем отличается переменный ток от постоянного — это характеристики, которые и влияют на выбор того или иного источника питания в определенной сфере.

Передача тока на большие расстояния

У некоторых людей возникает вопрос, на который выше был дан поверхностный ответ: почему по линиям электропередач (ЛЭП) приходит очень высокое напряжение? Если не знать всех тонкостей электротехники, то можно согласиться с этим вопросом. Действительно, ведь если бы по ЛЭП приходило напряжение в 380 В, то не пришлось бы устанавливать дорогостоящие трансформаторные подстанции. Да и на их обслуживание тратиться не пришлось бы, разве не так? Оказывается, что нет.

Построение графика переменного тока

Дело в том, что сечение проводника, по которому протекает электричество, зависит только от силы тока и от его потребляемой мощности и совершенно в стороне от этого остается напряжение. А это значит, что при силе тока в 2 А и напряжении в 25 000 В можно использовать тот же провод, как и для 220 В с теми же 2 А. Так что же из этого следует?

Здесь необходимо вернуться к закону обратной пропорциональности — при трансформации тока, т.е. увеличении напряжения, уменьшается сила тока и наоборот. Таким образом, высоковольтный ток отправляется к трансформаторной подстанции по более тонким проводам, что обеспечивает и меньшие потери при передаче.

Особенности передачи

Как раз в потерях и состоит ответ на вопрос, почему невозможно передать постоянный ток на большие расстояния. Если рассмотреть DC под этим углом, то именно по этой причине через небольшой отрезок расстояния электроэнергии в проводнике не останется. Но главное здесь не энергопотери, а их непосредственная причина, которая заключается, опять же, в одной из характеристик AC и DC.

Дело в том, что частота переменного тока в электрических сетях общего пользования в России — 50 Гц (герц). Это означает амплитуду колебания заряда между положительным и отрицательным, равную 50 изменений в секунду. Говоря простым языком, каждую 1/50 с.

Заряд меняет свою полярность, в этом и заключается отличие постоянного тока — в нем колебания практически либо совершенно отсутствуют. Именно по этой причине DC расходуется сам по себе, протекая через длинный проводник.

Кстати, частота колебаний, к примеру, в США отличается от российской и составляет 60 Гц.

Генерирование

Очень интересен вопрос и о том, как же генерируется постоянный и переменный ток. Конечно, вырабатывать можно как один, так и другой, но здесь встает проблема размеров и затрат. Дело в том, что если для примера взять обычный автомобиль, ведь куда проще было бы поставить на него генератор постоянного тока, исключив из схемы диодный мост. Но тут появляется загвоздка.

Если убрать из автомобильного генератора выпрямитель, вроде бы должен уменьшиться и объем, но этого не произойдет. А причина тому — габариты генератора постоянного тока. К тому же и стоимость при этом существенно увеличится, потому и применяются переменные генераторы.

Вот и получается, что генерировать DC намного менее выгодно, чем АС, и тому есть конкретное доказательство.

Совет

Два великих изобретателя в свое время начали так называемую «войну токов», которая закончилась только лишь в 2007 году.

А противниками в ней были Никола Тесла совместно с Джорджем Вестингаузом, ярые сторонники переменного напряжения, и Томас Эдисон, который стоял за применение повсеместно постоянного тока.

Так вот, в 2007 году город Нью-Йорк полностью перешел на сторону Теслы, ознаменовав тем самым его победу. На этом стоит немного подробнее остановиться.

История

Компания Томаса Эдисона, которая называлась «Эдисон Электрик Лайт», была основана в конце 70-х годов XIX века. Тогда, во времена свечей, керосиновых ламп и газового освещения лампы накаливания, выпускаемые Эдисоном, могли работать непрерывно 12 часов.

И хотя сейчас этого может показаться до смешного мало — это был настоящий прорыв.

Но уже в 1880-е годы компания смогла не только запатентовать производство и передачу постоянного тока по трехпроводной системе (это были «ноль», «+110 В» и «-110 В»), но и представить лампу накаливания с ресурсом в 1200 часов.

Именно тогда и родилась фраза Томаса Эдисона, которая впоследствии стала известна всему миру, — «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи».

Ну а уже к 1887-му в Соединенных Штатах успешно функционирует больше 100 электростанций, которые вырабатывают постоянный ток и где используется для передачи именно трехпроводная система, которая применяется в целях хотя бы небольшого снижения потерь электроэнергии.

А вот ученый в области физики и математики Джордж Вестингауз после ознакомления с патентом Эдисона нашел одну очень неприятную деталь — это была огромная потеря энергии при передаче.

В то время уже существовали генераторы переменного тока, которые не пользовались популярностью по причине оборудования, которое бы на подобной энергии работало.

В то время талантливый инженер Никола Тесла еще работал у Эдисона в компании, но однажды, когда ему было в очередной раз отказано в повышении зарплаты, Тесла не выдерживал и ушел работать к конкуренту, которым являлся Вестингауз. На новом месте Никола (в 1988 году) создает первый прибор учета электроэнергии.

Именно с этого момента и начинается та самая «война токов».

Формулы для расчета постоянного тока

Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:

E=I/R

E=I/(R+r)

Мощность также просто рассчитываются:

P=UI

Формулы для расчета переменного тока

В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:

Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.

Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:

wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.

Примеры использования переменного и постоянного тока

Приблизительно постоянным считается ток разряда автомобильного аккумулятора. Напряжение здесь постепенно падает, а потому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавно. Ток течёт в одном направлении и проявляет приблизительно постоянную плотность. Аналогично работают:

  1. Аккумулятор сотового телефона.
  2. Батарейка любого типа.
  3. Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников постоянного тока (генераторов), за исключением матушки-Земли, нет. Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с конкретной частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Потом промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Источником постоянного тока допустимо считать адаптеры. Это устройства, выполняющие преобразование переменного тока в постоянный. Допустим, у сотовых телефонов это +5 В, а для мобильных раций характерен большой разброс. Устройство постоянного тока может функционировать исключительно от номинала, для которого сконструировано. В противном случае либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.

Это касается и переменного, и постоянного тока. Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется. Из соображений экономии двигатели работают от трёх фаз. Каждая считается переменным током частоты 50 Гц. Говорили выше, что у любой гармоники присутствует фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что три фазы равно отстоят друг от друга. При подобном раскладе генераторам ГЭС легче производить энергию, поступающую в дома в неизменном виде. Но в квартиру заходит единственная фаза переменного тока.

Поэтому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Важными признаются параметры переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К параметрам переменного тока относят:

  1. Действующее значение напряжения – вызывающее в обычном проводнике постоянное идентичного номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из двух раз либо близко к указанному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
  2. К частоте переменного тока предъявляются повышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми долями процента. Потому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
  3. Нелинейные искажения считаются отдельной темой. Требований множество, определиться непросто. Особенно строго нормируются гармоники основной частоты, к примеру: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к параметрам постоянного тока. Допустим, известные автомобильные аккумуляторы в действительности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккумуляторе зарегистрировано напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем внимательно читать инструкции. Дополним: в отдельных ноутбуках присутствует заряд бережного расхода энергии аккумулятора. В этом случае уровень поддерживается в рамках двух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит дольше.

Итак, требования направлены на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Параметры постоянного и переменного тока считаются фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

В современном мире каждый человек с детства сталкивается с электричеством. Первые упоминания об этом природном явлении относятся к временам философов Аристотеля и Фалеса, которые были заинтригованы удивительными и загадочными свойствами электрического тока. Но лишь в 17 веке великие ученые умы начали череду открытий, касающихся электрической энергии, продолжающихся по сей день.

Открытие электрического тока и создание Майклом Фарадеем в 1831 г. первого в мире генератора кардинально изменило жизнь человека. Мы привыкли, что нашу жизнь облегчают приборы, работающие с использованием электрической энергии, но до сих пор у большинства людей нет понимания этого важного явления. Для начала, чтобы понять основные принципы электричества, необходимо изучить два основных определения: электрический ток и напряжение.

Когда использовать переменный или постоянный ток?

Одним из преимуществ, благодаря которым переменный ток доминирует при передаче энергии от генерирующих станций к дому всех людей, является именно его эффективность преодоления больших расстояний.  С переменным током можно увеличивать напряжение, а не постоянный ток.

Для передачи электрической энергии на расстояние 1 км с помощью постоянного тока потребуется в 10 раз больше энергии, чтобы получить тот же результат, что и для переменного тока.

Постоянный ток необходим для электронного оборудования, так как отрицательный и положительный заряды находятся на разных проводах, а в электронном оборудовании есть несколько компонентов, которые нуждаются в специальном питании с положительным или отрицательным зарядом.

То есть в переменном токе положительный и отрицательный в основном вместе в потоке, в то время как в постоянном токе положительный и отрицательный заряд разделены в разных проводниках.

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное?

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 – 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения – это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали – Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

Разница в переменном и постоянном токе

Электрический ток — это смещение электрического заряда проводником упорядоченным образом, как от гнезда для провода электрооборудования.

Когда мы говорим о постоянном или постоянном токе, мы должны представить, что этот электрический заряд или электроны движутся в одном направлении, всегда начиная с генератора, который является началом линии, и до конца линии, которая является электрическим оборудованием.

Переменный ток немного отличается, вместо того, чтобы заряд, движущийся в одном направлении, продвигается и убирается, не останавливая, электроны изменяют направление примерно на 120 в секунду в переменном токе.

Методы измерения напряжения и тока

Чтобы измерить показатели напряжения и тока применяются следующие способы:

  1. Наиболее простой метод — подключение к розетке электрического прибора соответствующего напряжения. Если в розетке есть ток, электроприбор будет функционировать.
  2. Индикатор напряжения. Это приспособление может быть однополюсным и представлять собой специальную отвертку. Также выпускаются двухполюсные индикаторы с парой контакторов. Однополюсное устройство определяет фазу в розеточном контакте, но не обнаруживает наличие или отсутствие нуля. Двухполюсный же индикатор показывает ток между фазами, а также между нулем и фазой.
  3. Мультиметр (мультитестер). С помощью специального тестера проводятся измерения любого типа тока, присутствующего в розетке — как переменного, так и постоянного. Также мультиметром проверяют уровень напряжения.
  4. Контрольная лампа. С помощью лампы определяют наличие электричества в розетке при условии, что лампочка в контрольном приборе соответствует напряжению в тестируемой розетке.

Перечисленной выше информации вполне достаточно для общего понимания принципов организации электрической сети в доме. Приступать к проведению любых электротехнических работ следует только с соблюдением всех мер безопасности и при наличии соответствующей квалификации.

Шрифт конвертера безопасности

Обычно электронное оборудование, такое как сотовые телефоны или ноутбуки, имеет свои собственные источники, но другому оборудованию, такому как электронные защитные устройства, нужны запасные источники, которые преобразуют переменный ток из розетки в постоянный ток.

Чтобы решить эту проблему, Security представила преобразователь Бастион , который выходит за рамки преобразования переменного тока в постоянный ток. Думая о проблеме потери эффективности переменного тока, источник преобразователя преобразует переменный ток в постоянный 24 вольт, который может перемещаться на большее расстояние, а затем уменьшается через редуктор мощности до 12 вольт, который является правильным напряжением для питания самого большого часть электронного охранного оборудования.

Обобщенные определения

Физический процесс, при котором заряженные частицы движутся упорядоченно (направленно), называется электротоком. Его принято разделять на переменный и постоянный. У первого направление и величина остаются неизменными, а у второго эти характеристики меняются по определенной закономерности.

Приведенные определения сильно упрощены, хотя и объясняют разницу между постоянным и переменным электротоком. Для лучшего понимания, в чем заключается это различие, необходимо привести графическое изображение каждого из них, а также объяснить, как образуется переменная электродвижущая сила в источнике. Для этого обратимся к электротехнике, точнее ее теоретическим основам.

Графические изображения

Благодаря применению графического метода, можно получить наглядное представление динамических изменений различных величин. Ниже приведен график изменения напряжения с течением времени для гальванического элемента 3336Л (4,5 В).

Горизонтальная ось отображает время, вертикальная – напряжение

Как видим, график представляет собой прямую линию, то есть напряжение источника остается неизменным.

Теперь приведем график динамики изменения напряжения в течение одного цикла (полного оборота рамки) работы генератора,.


Горизонтальная ось отображает угол поворота в градусах, вертикальная — величину ЭДС (напряжение)

Для наглядности покажем начальное положение рамки в генераторе, соответствующее начальной точке отчета на графике (0°)

Начальное положение рамки

Обозначения:

  • 1 – полюса магнита S и N;
  • 2 – рамка;
  • 3 – направление вращения рамки;
  • 4 – магнитное поле.

Теперь посмотрим, как будет изменяться ЭДС в процессе одного цикла вращения рамки. В начальном положении ЭДС будет нулевым. В процессе вращения эта величина начнет плавно возрастать, достигнув максимума в момент, когда рамка будет под углом 90°. Дальнейшее вращение рамки приведет к снижению ЭДС, достигнув минимума в момент поворота на 180°.

Продолжая процесс, можно увидеть, как электродвижущая сила меняет направление. Характер изменений поменявшей направление ЭДС будет таким же. То есть она начнет плавно возрастать, достигнув пика в точке, соответствующей повороту на 270°, после чего будет снижаться, пока рамка не завершит полный цикл вращения (360°).

Если график продолжить на несколько циклов вращения, мы увидим характерную для переменного электротока синусоиду. Ее период будет соответствовать одному обороту рамки, а амплитуда – максимальной величине ЭДС (прямой и обратной).

Теперь перейдем к еще одной важной характеристике переменного электротока – частоте. Для ее обозначения принята латинская буква «f», а единица ее измерения – герц (Гц). Этот параметр отображает количество полных циклов (периодов) изменения ЭДС в течение одной секунды.

Определяется частота по формуле: . Параметр «Т» отображает время одного полного цикла (периода), измеряется в секундах. Соответственно, зная частоту, несложно определить время периода. Например, в быту используется электроток с частотой 50 Гц, следовательно, время его периода будет две сотых секунды (1/50=0,02).

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Источники

  • https://kurs-ufa.ru/raznoe/otlichie-postoyannogo-toka-ot-peremennogo-toka. html
  • https://chipstock.ru/remont/otlichie-postoyannogo-toka-ot-peremennogo.html
  • https://iddc.ru/raznoe/chem-otlichaetsja-peremennyj-tok-ot-postojannogo-objasnenie-prostymi-slovami.html
  • https://oxotnadzor.ru/otlichiye-postoyannogo-toka-ot-peremennogo-dostupnym-yazykom/
  • https://security59.ru/a237751-chem-raznitsa-mezhdu.html
  • https://electricavdome.ru/peremennyj-tok-i-postoyannyj-tok-otlichie.html
  • https://elektro-m-spb.ru/raznoe/postoyannyj-i-peremennyj-tok-raznitsa.html
  • https://phonepress.ru/v-chem-otlichiye-peremennogo-toka-ot-postoyannogo-kratko/
  • https://elektro-m-spb.ru/raznoe/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html

Переменный ток против постоянного: различия и сходства

Вам следует различать переменный ток и постоянный ток. Оба очень важны и используются как в промышленности, так и в на внутреннем уровне для питания множества устройств. От промышленного оборудования до бытовой техники, мобильных устройств и т. Д. электронные элементы.

Кроме того, вы также узнаете сходства, поскольку они существуют между Постоянный и переменный ток, а также захватывающая история и борьба между двумя очень известными изобретателями, которая даже привела к некоторым зверствам для их продвижения …

Индекс

  • 1 Что такое поток?
  • 2 Что такое постоянный ток?
    • 2.1 Приложения и преобразование
    • 2.2 полярность
  • 3 Что такое AC?
    • 3.1 приложений
    • 3.2 полярность
  • 4 DC vs AC: преимущества и недостатки
    • 4.1 Преобразование переменного / постоянного тока

Что такое поток?

Una Corriente это поток чего-то, будь то поток воды или электрический ток. В случае электрического тока на самом деле происходит поток электронов, движущихся внутри проводника, даже если его не видно.

Esta электрический ток Принципиально он может быть двух типов . ..

Что такое постоянный ток?

Как вы уже знаете, если часто читаете этот блог, постоянный ток, также сокращенно CC (или DC на английском языке), представляет собой ток с одним направлением. То есть поток электронов будет проходить в определенном направлении через проводник между двумя точками с разным потенциалом и электрическим зарядом. Если бы мы изобразили ток на графике, он бы выглядел как непрерывная постоянная линия.

Этот постоянный ток был впервые получен в 1800 году благодаря батарее, созданной итальянским физиком Алессандро Вольта. В то время природа этого течения не была хорошо изучена, но это было важное достижение. В 1870 и начале 1880-х годов это электричество начали вырабатывать на электростанциях для освещения компаний и домов после изобретения лампочки. Томас Эдисон.

Чтобы защитить этот тип течения, Эдисон стал устраивать по-настоящему танцевальные шоу, пытаясь дискредитировать Николу Теслу, утверждая, что его течение более опасно. Для этого Эдисон устроил публичные демонстрации казни различных животных электрическим током. В начале 1903 года тысяча человек были свидетелями того, как он ударил и убил слона током 6600 XNUMX вольт. Однако до этого слона кормили морковью, отравленной цианидом, чтобы он умер. Все эти события были названы Война течений.

Приложения и преобразование

Этот постоянный ток постепенно заменялся переменным, что, как мы увидим, имело свои преимущества. Однако в настоящее время он широко используется для работы электронных компонентов, таких как аудиовизуальное оборудование, компьютеры и т. Д. Чтобы все они работали от переменного тока, используются выпрямительные устройства, такие как адаптеры или блоки питания.

полярность

Хотя в переменном токе полярность это не так принципиально, в постоянном токе это действительно важно, и его нужно соблюдать, чтобы схема работала правильно и не ломалась. Изменение полярности постоянного тока в некоторых случаях может привести к необратимым повреждениям, поэтому с этим нужно быть осторожным.

Вот почему часто можно увидеть клеммы или кабели, помеченные соответствующим полюсом, или Colores чтобы отличить это. Обычно красный цвет используется для положительного полюса (+), а черный – для отрицательного (-). Некоторые более сложные цепи постоянного тока также могут добавлять дополнительные цвета.

Что такое AC?

La переменный ток, сокращенно CA (или AC на английском языке), представляет собой тип электрического тока, величина и направление которого меняются циклически, в периоды. То есть, в отличие от CC, которая представляла собой прямую линию, представленную на графике, в случае переменной она представлена ​​как синусоидальное колебание. Количество полных циклов в секунду будет зависеть от частоты цикла. Например, в Европе у нас 50 Гц, или 50 раз в секунду, а в США – 60 Гц.

Этот ток появится в 1832 году, когда Pixii создаст первый генератор, динамоэлектрический генератор, основанный на принципах Фарадея. Позже Pixii также добавит переключатель для выработки постоянного тока, который больше использовался в древние времена. В 1855 году было установлено, что переменный ток превосходит постоянный ток, и в конечном итоге его заменили.

Технология переменного тока имела разработан в Европе, благодаря работе Гийома Дюшенна в 1850 г. В 1876 г. русский инженер также изобрел систему освещения, аналогичную системе Эдисона, но с высоким напряжением переменного тока. Компания Ganz Works в Будапеште начнет производить осветительное оборудование, основанное на этих принципах, в дополнение к другому оборудованию, основанному на этом токе.

Сербский инженер и изобретатель Никола Тесла, был одним из величайших защитников этого течения против континуума Эдисона. Он спроектировал и построил первый асинхронный двигатель переменного тока, который мог преобразовывать электрическую энергию во вращательную механику. Кроме того, этот гений также поможет усовершенствовать системы распределения электроэнергии без внесения изменений в линию.

Кроме того, Tesla исследовала разработанное европейскими инженерами устройство под названием трансформатор. Благодаря этому его можно было преобразовать в более низкое напряжение и, таким образом, сделать его более безопасным для дома, без необходимости его доставки в тех количествах, в которых он был произведен, поскольку одним из самых больших опасений была его опасность. Эти расследования станут началом звонка Война течений.

Все патенты, относящиеся к ЦС Николы Теслы, были переданы компании. Вестингауз Электрик, чтобы привлечь капитал и продолжить проекты, основанные на этой тенденции. После этого первая междугородная передача CA не заставила себя долго ждать и состоялась в 1891 году. Это должно было произойти в Теллуриде (Колорадо), а через несколько месяцев также в Европе, из Лауффена во Франкфурт (Германия).

По мере того как AC восторжествовал и распространился по всему миру, Томас Эдисон продолжал выступать за постоянный ток, что стоило ему должности в компании. Эдисон электрический (теперь она называется General Electric), которую он сам основал …

приложений

Используется переменный ток для промышленности и для дома, это тот, который проходит по линиям электропередач, доставляя электричество во все части мира. Он может управлять бытовой техникой, двигателями, промышленным оборудованием, холодильными системами и многим другим.

полярность

Как я упоминал ранее, когда вы подключаете enchufe, вы никогда не будете осторожны при размещении, так как он будет работать в любом случае. Это связано с формой волны переменного тока, поскольку он будет чередоваться. Однако для обычных установок также есть способы различить проводку и т. Д. Обычно у вас есть желто-зеленый провод, который является заземлением, синий или белый провод будет нейтралью, а коричневый или черный – фазой.

DC vs AC: преимущества и недостатки

Оба потока широко используются сегодня, так как они его преимущества и недостатки, Например:

  • Переменный ток очень легко преобразовать, чего не бывает с постоянным током.
  • Чтобы изменить напряжение, в переменном токе вам просто нужно использовать трансформатор, в то время как в постоянном токе вам нужно подключить динамо-машины или генераторы последовательно, что нецелесообразно.
  • Переменный ток может распределяться на большие расстояния с малой силой тока, очень мало теряя в виде тепла из-за эффекта Джоуля и других эффектов, таких как вихревые токи или гистерезис. В то время как DC имеет огромные потери, и необходимо было бы иметь большое количество электростанций рядом с точками спроса.

Преобразование переменного / постоянного тока

(см. источник питания)


Разница между постоянным и переменным током [обновлено в 2022 г.]

Последнее обновление: 13 сентября 2022 г. / Автор Сандип Бхандари / Факт проверен / 5 минут

Нам требуется электричество для питания всех наших электронных устройств. Он производится электростанциями и предоставляется нам в различных формах. Электрический ток делится на два вида: постоянный ток и переменный ток. Есть некоторые существенные различия, и эти вариации позволяют использовать некоторые интересные приложения, особенно в свете текущего состояния осознания энергии. В этой статье будет уделено внимание каждому незначительному различию между различными типами токов и их практическим применением.

Постоянный ток и переменный ток

Основное различие между постоянным током и переменным током заключается в том, что в переменном токе ток меняет направление — как вперед, так и назад — на регулярной основе, тогда как в постоянном токе она движется в определенном направлении и постоянна. В постоянном токе электроны движутся в определенном направлении, а в переменном токе электроны меняют ориентацию, двигаясь вперед, а затем назад.

Постоянный ток (DC) — это односторонний поток электрического заряда. Отличной иллюстрацией постоянного тока является электрохимический метод в ячейке. Постоянный ток течет по проводу, но он также может проходить через полупроводники, резисторы или даже вакуум, как в потоках энергичных электронов. Электрический ток отличается от постоянного тока тем, что он движется в постоянном направлении. Гальванический ток раньше был термином для этого вида тока.

Переменный ток означает переменный ток, представляющий собой регулярно чередующееся движение электронов. Он начинается с нуля, увеличивается до пика, снижается до нуля, переворачивается, достигает своего пика другим способом, возвращается к исходному числу и так далее. Период представляет собой важный промежуток между достижением определенного значения в двух последовательных циклах.

Таблица сравнения между постоянным током и переменным током
Параметры сравнения Direct Current CAVE -CUME

CAVE -CUME

. быть не в состоянии путешествовать на большие расстояния. Это связано с тем, что постоянный ток теряет электроэнергию. Передача переменного тока на большие расстояния с сохранением электроэнергии безопасна. Он может без труда перемещаться из одного города в другой.
Поток электронов Электроны движутся в прямом направлении только в постоянном токе. Электроны переключаются с прямого на обратное.
Типы Это чистый и единственный тип. Никаких дополнительных видов постоянного тока не существует. Синусоидальный ток является наиболее распространенной формой переменного тока. Еще две формы – треугольная и прямоугольная трапециевидная форма.
Потери энергии Высокие потери энергии при постоянном токе. Потери энергии при передаче переменного тока минимальны.
Частоты Нулевая частота. Частота переменного тока обычно где-то около 50 и 60 Гц.

Что такое постоянный ток?

Постоянный ток означает постоянный ток, что означает, что поток электричества не меняет направление. В результате основное различие между этими двумя токами состоит в том, что при постоянном токе электрический заряд движется только одним путем при постоянном напряжении.

Одним из наиболее распространенных применений постоянного тока является создание электричества и питание гаджетов. Электроны возникают из нижней части цепи постоянного тока, а также текут к яркой стороне. Солнечные панели, конденсаторы и гальванические элементы являются основными источниками постоянного тока.

Постоянный ток, в отличие от переменного тока, не имеет постоянного течения. Текущее электричество имеет определенное направление потока и постоянное напряжение. Постоянный ток в основном используется для питания электронных систем, а также для зарядки аккумуляторов. Аккумуляторы для сотовых телефонов, фонарики, телевизоры с плоским экраном и электромобили — вот лишь несколько примеров. DC состоит из плюса, но также и минуса, а также пунктирной или сплошной линии.

Несмотря на то, что постоянный ток не использовался в местах потребления, он, тем не менее, используется для передачи энергии на огромные расстояния (электрические розетки в большинстве мест). Он переключается обратно на переменный ток при приближении к точке потребления после передачи.

Что такое переменный ток?

Переменный ток имел значительное преимущество перед постоянным током (DC; непрерывный поток электрических зарядов с одной стороны) в том, что он мог транспортировать линии передачи с небольшими потерями передачи из-за сопротивления. Передаваемая мощность равна току, умноженному на напряжение, тогда как потерянная мощность эквивалентна значению, умноженному на ток в квадрате.

С появлением первых сетей постоянного тока в конце 1800-х годов переключение напряжения было исключительно сложным. Из-за очевидных потерь мощности такие сети должны были использовать низкое напряжение для обеспечения постоянного тока, что ограничивало их способность передавать полезную мощность на небольшие расстояния.

В переменном токе поток электрических зарядов регулярно меняет направление. Для бытовых приборов, офисов и сооружений переменный ток, безусловно, является наиболее часто используемой и предпочтительной электроэнергией. Первоначально он был испытан в 1832 году с использованием динамо-электрического преобразователя, опираясь на концепции Майкла Фарадея. Синусоида — это форма волны, которая представляет собой переменное электричество. Другими словами, она известна как изогнутая линия.

Основные различия между постоянным и переменным током
  1. Канализация и генерация постоянного тока обходится дорого по сравнению с переменным током.
  2. В постоянном токе происходят значительные потери мощности, в то время как в переменном токе потери энергии не наблюдаются.
  3. Постоянный ток течет в определенном направлении с устойчивым магнитным полем, но переменный ток течет в другом направлении с вращающимся магнитным полем.
  4. Частота постоянного тока равна нулю, а частота переменного тока составляет от 50 до 60 герц.
  5. Хотя на постоянном токе далеко не уедешь, переменный ток можно использовать для больших перемещений.

Заключение

В заключение отметим, что относительная простота и эффективность, с которой переменный ток может увеличивать и уменьшать напряжение, является основной причиной его широкого использования. Это достигается за счет использования преобразователей, при этом количество обмоток определяет величину повышения или понижения.

Хотя это и возможно сделать с DC, это намного сложнее и неэффективнее. Переменный ток также используется в электрических сетях для этой цели. В то время как более низкие напряжения легче создать, более высокие напряжения имеют меньшие потери при передаче и распределении.

Ссылки
  1. https://www.britannica.com/science/alternating-current
  2. https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/en/electromagnetic-fields/glossary/abc /переменный ток.htm

Найдите «Спроси любую разницу» в Google. Оцените этот пост!

[Всего: 0]

Один запрос?

Я приложил столько усилий, чтобы написать этот пост в блоге, чтобы он был вам полезен. Это будет очень полезно для меня, если вы подумаете о том, чтобы поделиться им в социальных сетях или со своими друзьями/семьей. SHARING IS ♥️

Содержание

сообщите об этом объявлении

20.5 Переменный ток против постоянного тока – College Physics 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните различия и сходства между переменным и постоянным током.
  • Рассчитать среднеквадратичное значение напряжения, тока и средней мощности.
  • Объясните, почему переменный ток используется для передачи энергии.

Переменный ток

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 20.14 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 20.14 (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются.

Рисунок 20.15 Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано на рисунке. Математическое выражение для VV имеет вид V=V0sin 2 πftV=V0sin 2 πft.

На рис. 20.15 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

.

V=V0sin 2πft,V=V0sin 2πft,

20,38

где VV — напряжение в момент времени tt , V0V0 — пиковое напряжение, а ff — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I=V/RI=V/R, поэтому переменный ток равен

.

I=I0 sin 2πft,I=I0 sin 2πft,

20,39

где II — ток в момент времени tt, а I0=V0/RI0=V0/R — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рис. 20.14(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I=V/RI=V/R. Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, поскольку ток многократно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность равна P=IVP=IV. Используя приведенные выше выражения для II и VV, мы видим, что зависимость мощности от времени P=I0V0sin2 2πftP=I0V0sin2 2πft, как показано на рис. 20.16.

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 20.16 Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку здесь напряжение и ток совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0. Средняя мощность (1/2)I0V0(1/2)I0V0 .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рис. 20.16, средняя мощность PavePave составляет

.

Выложить=12I0V0.Выложить=12I0V0.

20.40

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии (1/2)I0V0(1/2)I0V0 равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратический ток IrmsIrms и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms равными, соответственно,

Irms =I02Irms =I02

20,41

и

Вэфф =V02.Вэфф =V02.

20,42

где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения. В общем, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь

Pave=IrmsVrms, Pave=IrmsVrms,

20,43

, что дает

Pave=I02⋅V02=12I0V0,Pave=I02⋅V02=12I0V0,

20,44

, как указано выше. Стандартной практикой является указывать IrmsIrms, VrmsVrms и PavePave, а не пиковые значения. Например, напряжение в большинстве бытовых электросетей составляет 120 В переменного тока, что означает, что среднеквадратичное значение VrmsVrms равно 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А отключит устойчивое среднеквадратичное значение IrmsI более 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave=1,0 кВтPave=1,0 кВт , и так далее. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

Irms=VrmsR.Irms=VrmsR.

20,45

Различные выражения для PavePave PavePave AC –

Pave = IRMSVRMS, PAVE = IRMSVRMS,

20,46

PAVE = VRMS2R, PAVE = VRMS2R,

20.47

и

666666 и

666 и

666 и

667

Pave=Irms2R. Pave=Irms2R.

20,48

Пример 20,9

Пиковое напряжение и мощность переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность, потребляемая лампочкой переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что VrmsVrms составляет 120 В, а PavePave составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать Vrms =V02Vrms =V02, чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданного среднего сила.

Решение для (a)

Решение уравнения Vrms =V02Vrms =V02 для пикового напряжения V0V0 и подстановка известного значения VrmsVrms дает

V0=2Vrms= 1,414(120 В)= 170 В. 120 В)= 170 В.

20,49

Обсуждение для (a)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170 В–170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение равно 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

P0=I0V0= 212I0V0= 2Pave.P0=I0V0= 212I0V0= 2Pave.

20,50

Мы знаем, что средняя мощность равна 60,0 Вт, поэтому

P0= 2(60,0 Вт)= 120 Вт.P0= 2(60,0 Вт)= 120 Вт. мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе. Экономия за счет масштаба делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокое напряжение может передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкое напряжение. (См. рис. 20.17.) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что переменное напряжение намного проще увеличивать и уменьшать, чем постоянное, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 20.17 Энергия распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для уменьшения потерь мощности в линиях передачи. Напряжения, генерируемые на электростанции, повышаются пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 20.10

Меньше потерь мощности при высоковольтной передаче

(a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при 200 кВ? (b) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом 1,00 Ом? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Имеем Pave=100 МВтave=100 МВт, Vrms=200 кВVrms=200 кВ, сопротивление линий R=1,00ΩR=1,00Ω. Используя эти данные, мы можем найти протекающий ток (из P=IVP=IV), а затем мощность, рассеиваемую в линиях (P=I2RP=I2R), и взять отношение к общей передаваемой мощности.

Решение

Чтобы найти ток, мы перестраиваем отношение Pave=IrmsVrmsPave=IrmsVrms и подставляем известные значения. Это дает

Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 В = 500 A. Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 В = 500 A.

20,52

Решение

линий мощность, рассеиваемая в них, находится из Pave=Irms2RPave=Irms2R. Подстановка известных значений дает

Pave=Irms2R=(500 А)2(1,00 Ом)= 250 кВт. Pave=Irms2R=(500 А)2(1,00 Ом)= 250 кВт.

20,53

Решение

Потери в процентах представляют собой отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

% потерь=250 кВт100 МВт×100=0,250 %.% потерь=250 кВт100 МВт× 100=0,250 %.

20.54

Обсуждение

Одна четвертая процента – допустимая потеря. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко известно, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Исследования ФЕТ

Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое.

Основы солнечной энергии: в чем разница между переменным и постоянным током?

В солнечной промышленности производство электроэнергии является нашим хлебом с маслом. Это означает, что профессионалам в области солнечной энергетики важно хорошо разбираться в основах электричества.

Если вы новичок в солнечной энергетике, вам предстоит многому научиться — вы не можете просто воткнуть панели в стену и покончить с этим. В сегодняшней статье мы рассмотрим одну из основных тем, которые каждый установщик должен понимать об электричестве: разницу между двумя типами электрического тока, переменным и постоянным.

Переменный и постоянный ток используются в солнечной фотоэлектрической системе. Итак, если ваше знакомство с AC/DC начинается и заканчивается знаменитой группой, эта статья для вас!

Разница между питанием переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

AC означает переменный ток, а DC означает постоянный ток. Мощность переменного и постоянного тока относится к текущему потоку электрического заряда. Каждый представляет тип «потока» или форму, которую может принимать электрический ток.

Как мы объясняли в нашем учебнике по струнам солнечных батарей, ток — это скорость потока электрического заряда (т. е. потока электронов).

Хотя это может показаться немного техническим, разница между ними довольно проста:

  • Постоянный ток всегда течет в одном направлении.
  • Переменный ток, как и следовало ожидать из названия, часто меняет направление (хотя возвратно-поступательное движение электронов по-прежнему передает энергию конечному устройству).

«Простой способ визуализировать разницу состоит в том, что на графике постоянный ток выглядит как плоская линия, тогда как поток переменного тока на графике имеет синусоидальную или волнообразную форму», — говорит Карл К. Берггрен, профессор. электротехники в Массачусетском технологическом институте.

История электричества: борьба между переменным и постоянным током

Когда электроэнергия только разрабатывалась и использовалась, было неясно, какой способ подачи электричества станет преобладающим — переменный или постоянный. Два знаменитых пионера электричества — Томас Эдисон и Никола Тесла — разработали один из этих вариантов.

Тесла запатентовал переменный ток, а Эдисон запатентовал постоянный ток. В начале DC был стандартом. Однако одна проблема с постоянным током заключается в том, что его нелегко преобразовать в более высокое или более низкое напряжение, что, очевидно, полезно для различных приложений.

AC решает эту проблему. Его можно преобразовать в разное напряжение с помощью трансформаторов, а также энергетическим компаниям проще передавать мощность переменного тока на большие расстояния. Таким образом, несмотря на дезинформационную кампанию Эдисона по дискредитации переменного тока как опасного (в которой он дошел до публичной казни животных электрическим током!), в конечном итоге он победил.

Предметы домашнего обихода используют постоянный или переменный ток?

Короткий ответ: «оба». Электрическая сеть США и электричество, подаваемое в ваш дом, имеют переменный ток. В результате большинство подключаемых к сети бытовых приборов — холодильники, электрические духовки, микроволновые печи и т. д. — работают от сети переменного тока 9.0006

Батареи, однако, используют постоянный ток: у них есть положительная и отрицательная клеммы, и ток между этими точками всегда течет в одном направлении — от положительной клеммы к отрицательной, когда они разряжаются.

Поскольку аккумуляторы работают от постоянного тока, многие используемые вами электронные устройства, такие как ноутбук и мобильный телефон, также работают от постоянного тока.

Солнечная энергия переменного или постоянного тока?

Солнечные панели производят постоянный ток: солнечный свет, падающий на панели, стимулирует поток электронов, создавая ток. Поскольку эти электроны движутся в одном направлении, ток прямой.

Инвертор в доме, преобразующий постоянный ток в переменный.
Потребность в инверторах

Вот почему в солнечных фотоэлектрических системах используются инверторы. Инвертор преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока, чтобы ее можно было использовать дома или отправить обратно в электрическую сеть (в дополнение к некоторым другим функциям).

А как насчет устройств с питанием от постоянного тока? Адаптер питания, входящий в состав зарядного устройства для этих устройств, на самом деле представляет собой разновидность инвертора. Они преобразуют питание сети переменного тока в мощность постоянного тока, которую может использовать устройство.

Итак, когда вы подключаете свой ноутбук к сети в вашем доме, питающемся от солнечной батареи, постоянный ток от солнечных панелей преобразуется вашим инвертором в переменный, а затем инвертор вашего ноутбука снова превращает его в постоянный, чтобы ваш ноутбук мог его использовать!

Может показаться, что это много. К счастью, существует программное обеспечение для солнечных батарей, которое может помочь облегчить бремя практического применения этих концепций при проектировании солнечной системы. В этом руководстве покупателя программного обеспечения для солнечных батарей подробно описаны некоторые функции, на которые следует обращать внимание при выборе решения.

Как насчет солнечных батарей переменного тока?

Как уже говорилось выше, традиционные солнечные панели производят энергию постоянного тока. Затем эта энергия преобразуется инвертором в мощность переменного тока. Это имеет место независимо от того, включает ли ваша фотоэлектрическая система инвертор цепочки (преобразующий энергию от одной или нескольких цепочек солнечных панелей) или микроинверторы (преобразующие ее для отдельных или, в некоторых случаях, нескольких солнечных панелей).

Возможно, вы также слышали о солнечных панелях переменного тока. Если солнечные панели по своей природе производят постоянный ток, то что это?

Что такое солнечные панели переменного тока?

Панели переменного тока — это просто солнечные панели со встроенными микроинверторами.

Проектирование системы с использованием панелей переменного тока аналогично проектированию системы с микроинверторами, за исключением того, что установщику не нужно покупать и подключать микроинверторы.

Как насчет домашнего хранения?

Домашние аккумуляторные батареи, подключенные к солнечным батареям, используют ту же общую модель. Батареи постоянного тока пропускают энергию через инвертор, чтобы преобразовать ее в переменный ток. «Аккумуляторы переменного тока» на рынке просто имеют встроенный инвертор, который позволяет им напрямую преобразовывать постоянный ток в переменный.

Понимание различий между переменным и постоянным током важно в солнечной промышленности. Мало того, что важно понимать, как работает солнечная батарея и как она устроена, эти знания также могут помочь вам обучать клиентов и, в конечном итоге, укреплять доверие в процессе продаж.

Готовы узнать больше? Присоединяйтесь к Aurora Solar на конференции Empower 2021!

 

Определения, различия и примеры вопросов

Жасмин Гровер

Старший специалист по содержанию | Обновлено – 9 августа, 2022

Разница между переменным и постоянным током в основном связана с направлением движения электрона . Электрический ток течет двумя путями — переменным и постоянным. Переменный ток — это Переменный ток , в то время как постоянный ток относится к постоянному току. Переменный ток — это форма электрического тока , который движется как вперед, так и назад и время от времени меняет направление. Постоянный ток, с другой стороны, представляет собой электрический ток, который движется только в одном направлении. Разницу между переменным и постоянным током можно понять с точки зрения потока электронов. Электроны постоянно движутся в одном направлении в постоянном токе, в то время как они постоянно меняют направление в переменном токе. Следовательно, переменный ток является лучшим способом передачи электричество на большие расстояния.

Читайте также: Текущее электричество Важные примечания

Содержание

  1. Что такое переменный ток?
  2. Что такое постоянный ток?
  3. Разница между переменным и постоянным током
  4. Интересные факты
  5. Что нужно помнить
  6. Вопросы за прошлый год
  7. 1
  8. 10005

Ключевые термины: Электрический ток, переменный ток, постоянный ток, поток электронов, напряжение, электрон, выпрямитель


Что такое переменный ток (AC)?

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

Электрический ток течет либо только в одном направлении, либо может периодически менять направление. В переменном токе (AC) движущиеся электроны непрерывно меняют свое направление и движутся как вперед, так и назад.

  • Следовательно, переменный ток — это ток, который постоянно меняет направление через равные промежутки времени.
  • Переменный электрический ток такого типа широко используется в домашнем хозяйстве, офисах и т. д., а также в телевизорах, вентиляторах и многих других устройствах.
  • Переменный ток используется в зданиях и электростанциях, поскольку генерировать, а затем транспортировать переменный ток на большие расстояния сравнительно легко.
  • Может питать электродвигатели , которые можно использовать в стиральных машинах, холодильниках и т. д.

Переменный ток

  • Форма сигнала или кривая переменного тока на графике представляет собой синусоиду, которая начинается с нуля, поднимается и достигает пика.
  • Затем он падает, проходит через нулевую точку и движется теперь в отрицательном направлении, достигая отрицательного пикового значения, и возвращается к нулю, завершая один цикл.
  • Эти циклы измеряются в секунду в герцах или Гц.

Подробнее:


Что такое постоянный ток (DC)?

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть вопросы предыдущего года]

При постоянном токе направление электрического тока не меняется, и ток течет в одном направлении со стабильным напряжением.

  • Постоянный ток более широко используется в электрических устройствах или для зарядки аккумуляторов .
  • Постоянный ток в основном используется для зарядки аккумуляторов, а также для питания электрических устройств, таких как фонарики, аккумуляторы для телефонов, электромобилей и т. д.
  • Например, электромобили, аккумуляторы для мобильных телефонов, зарядные устройства, фонарики и т. д. Все они используют постоянный ток в качестве источника мощности .
  • Все, что работает от батареи и использует адаптер переменного тока или USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока.

Подробнее: Разница между переменным и постоянным током MCQ  


Разница между переменным и постоянным током

[Нажмите здесь, чтобы получить примеры вопросов]

Основные различия между переменным и постоянным током представлены в таблице ниже –  

Переменный ток Постоянный ток (DC) только в одном направлении
Потери энергии при передаче в переменном токе малы Высокие потери мощности в случае постоянного тока, когда трансформаторы находятся на расстоянии
Переменный ток может передаваться на большие расстояния и поддерживать мощность Постоянный ток не может передаваться на большие расстояния, так как теряет электроэнергию.
Частота переменного тока в основном составляет от 50 Гц до 60 Гц. Частота постоянного тока отсутствует или равна нулю
Вращение магнитов приводит к изменению направления электрического потока. Устойчивый магнетизм вдоль провода.
Это ток величины, которая изменяется во времени Это ток постоянной величины.
Нагрузка переменного тока может быть резистивной, емкостной или индуктивной. Нагрузка постоянного тока носит резистивный характер.


Происхождение переменного и постоянного тока

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть вопросы предыдущего года]

Поскольку электроны отталкиваются отрицательной стороной магнита и притягиваются к положительной стороне, магнитное поле вблизи провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода. Так возникла энергия постоянного тока от батареи, в первую очередь благодаря работе Томаса Эдисона.

Генераторы переменного тока постепенно заменили аккумуляторную систему постоянного тока Эдисона, поскольку переменный ток безопаснее передавать на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит вместо постоянного приложения магнетизма вдоль провода. Электроны текли к плюсу, когда магнит был ориентирован в одном направлении, но когда ориентация магнита менялась, электроны также поворачивались.

Подробнее: Ячейки класса 12 последовательно и параллельно


Забавный факт

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

  • Бытовые розетки переменного тока. Следовательно, розетки в нашем доме производят переменный ток, а нашим телефонам нужен постоянный ток.
  • Переменный ток может быть преобразован в постоянный с помощью устройства под названием « Rectifier ».
  • Переменный ток имеет частоту от 50 до 60 Гц.
  • Постоянный ток имеет постоянное напряжение или ток.
  • Батареи обеспечивают постоянный ток.

Подробнее:


Что нужно помнить

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

  • Переменный ток означает переменный ток, а постоянный ток — постоянный.
  • В переменном токе поток электронов идет вперед и назад, тогда как в постоянном токе электроны имеют однонаправленный поток.
  • Переменный ток может передаваться на большие расстояния; в то время как постоянный ток не может, поскольку потери энергии в постоянном токе выше, чем в переменном.
  • Разница между переменным и постоянным током заключается в том, что при переменном токе направление тока меняется на противоположное, а при постоянном токе направление остается прежним.
  • Частота переменного тока находится в диапазоне от 50 МГц до 60 МГц, а частота постоянного тока отсутствует или равна нулю.
  • Постоянный ток чаще используется для электрических устройств и зарядных устройств.
  • Переменный ток часто используется там, где основными требованиями являются высокая мощность и длительная передача.

Подробнее: Разница между переменным и постоянным током Важные вопросы


Вопросы предыдущих лет

 
  1. Электрическая диэлектрическая проницаемость свободного пространства и магнитная проницаемость 3[02ET]0005
  2. Сразу после нажатия клавиши K для замыкания цепи показания будут​ …. [KEAM 1999]
  3. Сопротивление между любыми двумя клеммами при соединении треугольником составляет…. [NEET 1993]
  4. Разность потенциалов на единицу длины провода будет… [NEET 1999]
  5. Значение R, при котором передаваемая мощность максимальна, определяется как… [NEET 1992]
  6. В сети, показанной на рисунке, каждое из сопротивлений равно…? [НЕТ 1995]
  7. Первый и второй законы Кирхгофа для электрических цепей являются следствием…? [NEET 2006]
  8. падение потенциала на резисторе 4 Ом равно… [NEET 1993]
  9. Разность потенциалов на единицу длины провода будет… [NEET 1999]
  10. доставлено в нем максимально дается… [NEET 1992]

Примеры вопросов

Вопросы. Зачем нужно преобразовывать переменный ток в постоянный? (3 балла)

Ответ. Существуют обстоятельства, когда необходимо преобразовать переменный ток в постоянный, чтобы удовлетворить потребность в источнике питания. Переменный ток предпочтительнее постоянного для передачи тока на большие расстояния. Переменный ток передается с помощью трансформатора, а для преобразования используется выпрямитель. Напряжение как высокого, так и низкого переменного тока преобразуется в более безопасную величину для различных целей. Это преобразование переменного тока в постоянный имеет большое значение, поскольку оно предотвращает обратное протекание электрического тока.

Вопросы. В чем преимущества переменного тока по сравнению с постоянным? (3 балла)

Ответ. Переменный ток можно легко преобразовать в высокий или низкий уровень напряжения, что сложно сделать с постоянным током. Проще говоря, переменное напряжение можно легко изменить. Более высокое напряжение переменного тока более эффективно для передачи на большие расстояния, что невозможно при постоянном токе. Следовательно, переменный ток может передаваться на большие расстояния, он дешевле и имеет меньшие потери мощности при передаче.

Вопросы. Как происходит потеря энергии при передаче в трансформаторах? (3 балла)

Ответ. Энергия теряется при передаче в трансформаторах из-за потерь в меди, поскольку медные провода нагреваются, поэтому предпочтительны толстые медные провода с низким сопротивлением. Во-вторых, потери на вихревые токи, то есть магнитный поток, вызывают вихревые токи в железном сердечнике и вызывают некоторую потерю энергии в виде тепла. Его можно уменьшить, используя многослойный железный сердечник.

Вопросы. Что такое трансформатор? (3 балла)

Отв. Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое преобразует переменный ток для повышения или понижения напряжения. Они повышают безопасность и эффективность распределения электроэнергии, снижая или повышая напряжение, когда это необходимо. В основе его работы лежит принцип электромагнитной индукции.

Вопрос. Каково использование переменного и постоянного тока? (4 балла)

Отв. AC, означающий переменный ток, и DC, обозначающий постоянный ток, обычно обозначаются напряжением. Вещи, которые работают от батареи или используют адаптер переменного тока, в основном полагаются на постоянный ток. Немногие из этих приборов представляют собой фонарики, электромобили, сотовые телефоны и т. Д. Переменный ток нельзя хранить в батареях, поскольку они не могут обеспечивать питание из-за смены полярности. Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов и питания многих электрических устройств. Основным источником постоянного тока являются батареи или гальванические элементы, фотогальванические элементы и т. д.

Вопрос. Источник переменного тока переменной частоты подключен к конденсатору. Изменится ли ток смещения, если уменьшить частоту источника переменного тока? (Comptt. All India 2015)

Ответ: При уменьшении частоты источника переменного тока реактивное сопротивление xC=1ω/C будет увеличиваться, что приведет к уменьшению тока проводимости. В этом случае
I D  = I C
Следовательно, ток смещения уменьшится.

Вопрос: Лампа накаливания рассчитана на 200 Вт при напряжении 220 В переменного тока и частоте 50 Гц. Рассчитайте (i) сопротивление лампочки; (ii) среднеквадратичное значение тока через лампу. (Вся Индия, 2012 г.)

Ответ: (I) P = V2/R → R = V2/P = 220 X 220/100

= 484 Ом

(ii) I действ. /484 = 0,45 ампер

Подсказка: (i) 242 Ом
(ii) I среднеквадратичное значение = 0,90 атмосферы

Вопрос: Катушка индуктивности L с индуктивностью X L соединена последовательно с лампой B и источником переменного тока . Как изменится яркость лампы, если: 1) уменьшить число витков в катушке индуктивности, 2) в катушку вставить железный стержень и 3) вставить конденсатор с реактивным сопротивлением X C  = X L  вставляется последовательно в цепь. Обоснуйте свой ответ в каждом случае. (Дели, 2015 г.)

Ответ: (i) Увеличивается. X L  = ωL
Количество витков уменьшается, L уменьшается, и, следовательно, ток через лампу увеличивается. Также увеличивается напряжение на лампочке.
(ii) Уменьшается: Железный стержень увеличивает индуктивность, которая увеличивает X L , следовательно, ток через лампочку уменьшается./Напряжение на лампочке уменьшается.
(iii) Увеличение. При этом условии (X C  = X L ) ток через лампочку станет максимальным.

Вопрос: Конденсатор C, переменный резистор R и лампочка B последовательно подключены к сети переменного тока в цепи, как показано ниже. Лампочка светится с некоторой яркостью. Как изменится свечение лампочки, если

1) между пластинами конденсатора ввести диэлектрическую пластину, сохраняя сопротивление R одинаковым;
(ii) сопротивление R увеличивается при той же емкости? (Дели, 2012 г. )

Ответ: (i) При введении диэлектрической пластины яркость увеличится из-за увеличения емкости.
(ii) Яркость уменьшится, поскольку сопротивление (R) увеличится, падение потенциала на лампе уменьшится (поскольку обе лампы соединены последовательно).

Вопросы: Укажите характерные свойства материала, пригодного для изготовления сердечника трансформатора. (All India 2012)

Ответ: Некоторые характерные свойства материала, подходящего для сердечника трансформатора:

  • Должен иметь высокую проницаемость
  • Должен иметь низкие потери на гистерезис.
  • Должен иметь низкую коэрцитивность/сохраняемость.
  • Должен иметь высокое удельное сопротивление.

Переменные токи: определение, примеры, символ

Переменный ток (AC) — это ток, который периодически изменяет свою величину во времени в синусоидальной форме. Основной характеристикой переменного тока является переменная величина между положительными и отрицательными значениями.

Современные электростанции производят электричество в виде переменного тока. Переменный ток распределяется в жилых и коммерческих помещениях, и это основная форма электроэнергии, которую мы используем во всех наших электроприборах.

Как производится переменный ток?

Переменный ток вырабатывается генератором переменного тока , который состоит из провода, вращающегося в магнитном поле, создаваемом магнитами. Когда провод вращается в магнитном поле, он пересекает линии магнитного потока. Изменяющийся магнитный поток через провод создает силу (электродвижущую силу), которая перемещает электрические заряды по проводу. Циркулирующий проводящий провод создает колебательный электрический ток, протекающий в двух направлениях в зависимости от меняющейся полярности магнита.

Элементарный генератор (электрический генератор переменного тока, который создает одно постоянно переменное напряжение), Wikimedia Commons

Ознакомьтесь с нашим объяснением ЭДС и внутреннего сопротивления для получения дополнительной информации об электродвижущей силе.

График переменного тока

Поскольку переменные токи движутся периодически и синусоидально, их движение можно представить в виде синусоида . График переменного тока (который вы можете увидеть ниже) выражает зависимость между напряжением и временем.

Переменный ток меняет свою интенсивность во времени, чередуя положительных и отрицательных значения . Это означает, что когда переменный ток течет по цепи, ток будет течь через компоненты в обоих направлениях. Переменный ток достигает максимального и минимального значений по величине, а затем колеблется между ними (±I max ), повторяя этот цикл каждый период времени T.

График постоянного тока

График, иллюстрирующий движение постоянного тока (DC) , показан ниже. Постоянный ток имеет постоянную величину во времени (другими словами, он не колеблется).

На графике вы можете увидеть переменный ток зеленым (синусоидальный график) и постоянный ток красным (линейный график).

График переменного и постоянного тока, Wikimedia Commons

Уравнение переменного тока

Мы можем математически выразить переменный ток как синусоидальное уравнение , как показано ниже. I max — максимальное значение тока в амперах (А), I — ток в любой момент времени, ω — угловая частота питания в радианах в секунду (рад/с), t — время в секундах (с) .

Точно так же мы можем использовать то же уравнение для выражения напряжения во времени , где V — напряжение в любой момент времени в вольтах (В), а V max это максимальное напряжение.

Период также может быть выражен через частоту или угловую скорость, когда это удобно. Здесь f — частота в герцах (Гц), а ω — угловая скорость (рад/с).

Период колебаний между отрицательным и положительным значением составляет около 50-60 Гц в зависимости от страны. В частности, в Великобритании переменный ток имеет частоту 50 Гц.

Различия между постоянным и переменным током

Существует много различий между переменным и постоянным током. Переменный ток колеблется в двух направлениях, тогда как постоянный ток имеет постоянную величину во времени. Это связано с механизмом, генерирующим переменный ток, который представляет собой вращающуюся катушку между двумя магнитами .

При переменном токе при вращении катушки направление электронов, протекающих через катушку, изменяется в зависимости от ее положения относительно полюсов. Это связано с контактными кольцами подключен к катушке. Однако при производстве постоянного тока разъемных кольца , соединенных с катушкой, изменяют контакты между катушкой и проводами цепи, в результате чего ток течет только в одном направлении.

Кроме того, частота постоянного тока равна нулю , тогда как частота переменного тока, подаваемого в наши дома, находится в диапазоне от 50 до 60 Гц. Кроме того, поскольку ток меняет направление в переменном токе, он описывается синусоидальным движением (следовательно, напряжение меняется). В постоянном токе напряжение и ток постоянны.

В таблице ниже перечислены основные различия между переменным и постоянным током.

7 Колебания в двух направлениях. Имеет положительные и отрицательные величины.

Переменный ток (AC)

Постоянный ток (DC)

Величина неизменна во времени.

Имеет пиковое значение тока.

Ток остается постоянным во времени.

Электроны в несущем проводе движутся в двух направлениях.

Непрерывный поток электронов в одном направлении.

График текущего времени синусоидальный.

График текущего времени является линейным с постоянным значением.

Может передаваться на большие расстояния.

Не может передаваться на большие расстояния.

В генераторах переменного тока используются контактные кольца и щетки.

В генераторах постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом.

Применение переменного тока и постоянного тока

Переменный ток используется для питания некоторых электродвигателей, например, асинхронных двигателей переменного тока. AC также используется для передачи электроэнергии от электростанций в городские районы для коммерческого и личного использования и на другие объекты промышленного назначения.

Переменный ток используется для передачи электроэнергии от электростанций в городские районы. Unsplash

Постоянный ток используется в основном в низковольтных приложениях , таких как различные аккумуляторные батареи, используемые в батареях смартфонов, батареях ноутбуков или автомобильных батареях. Постоянный ток также используется в солнечных панелях, где постоянный ток затем преобразуется в переменный ток для ежедневного использования.

Среднеквадратичное значение тока и напряжения

Среднеквадратичное значение напряжения и среднеквадратичное значение тока Сравнение переменного тока с постоянным током . Мы используем среднеквадратичное значение для переменного тока, которое эквивалентно значению постоянного тока, которое производит такой же объем работы. Мультиметры, вольтметры переменного тока и амперметры дают показания среднеквадратичных значений значений переменного тока. Ниже приведены уравнения для определения среднеквадратичного значения тока и среднеквадратичного напряжения:

На приведенном ниже графике представлена ​​диаграмма зависимости напряжения от переменного тока (в данном случае символ V представлен буквой u, но для напряжения всегда следует использовать V!). Число 3 представляет среднеквадратичное напряжение.

Синусоидальное напряжение. 1 представляет амплитуду (пик), два — размах, 3 — среднеквадратичное значение, 4 — период волны. Викисклад

Примеры переменного тока (со среднеквадратичным значением)

Найдите среднеквадратичное значение переменного тока для тока с максимальным напряжением 250 В и максимальным током 5 А.

Решение

Мы используем уравнения, данные для среднеквадратичных значений переменного тока, и подставляем максимальные значения напряжения и тока.

Найдите максимальное значение напряжения и тока переменного тока на основе среднеквадратичных значений переменного тока 150 В и 2,15 А.

Решение

Используем уравнения, данные для среднеквадратичных значений переменного тока, перестраиваем решение для I max и V max и подставьте среднеквадратичные значения напряжения и тока.

Переменные токи — основные выводы

  • Переменный ток (AC) представляет собой колебательный ток, протекающий в двух направлениях с переменной величиной.

  • Переменный ток распространяется в жилых и коммерческих помещениях, и это основная форма электроэнергии, которую мы используем во всех наших электроприборах.

  • Переменный ток вырабатывается генератором переменного тока, который состоит из провода, вращающегося в магнитном поле, создаваемом магнитами.

  • Переменные токи движутся периодически и синусоидально, поэтому синусоидальный график может представить их движение.

  • Существует много различий между переменным током и постоянным током (DC). AC колеблется в двух направлениях, тогда как DC имеет постоянную величину во времени.

  • Среднеквадратичное значение напряжения и среднеквадратичное значение тока сравнивают переменный ток с постоянным током.

20.5 Сравнение переменного тока и постоянного тока – Колледж физики

Глава 20 Электрический ток, сопротивление и закон Ома

Резюме

  • Объясните различия и сходства между переменным и постоянным током.
  • Рассчитать среднеквадратичное значение напряжения, тока и средней мощности.
  • Объясните, почему переменный ток используется для передачи энергии.

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 1. (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются. Рисунок 2. Разность потенциалов В между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для В определяется как В = В 0 sin 2πft .

На рис. 2 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

.

[латекс]{V = V_0 \;\text{sin} \; 2 \pi ft},[/латекс]

, где [латекс]{V}[/латекс] – это напряжение в момент времени, [латекс]{t}[/латекс], [латекс]{V_0}[/латекс] – пиковое напряжение, а [латекс]{f} [/latex] — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления [латекс]{I = V/R}[/латекс], поэтому переменный ток равен

[латекс]{I = I_0 \;\text{sin} \; 2 \pi ft},[/латекс]

, где [латекс]{I}[/латекс] — ток в момент времени [латекс]{t}[/латекс], а [латекс]{I_0 = V_0/R}[/латекс] — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рисунке 1(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку [latex]{I = V/R}[/latex]. Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, поскольку ток многократно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность составляет [латекс]{P = IV}[/латекс]. Используя выражения для [латекс]{I}[/латекс] и [латекс]{V}[/латекс] выше, мы видим, что зависимость мощности от времени имеет вид [латекс]{P = I_0 V_0 \;\text{sin }^2 \; 2 \pi ft}[/latex], как показано на рис. 3.

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проводите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 3. Мощность переменного тока в зависимости от времени. Поскольку здесь напряжение и ток совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до I 0 В 0 . Средняя мощность (1/2)I 0 В 0 .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке 3, средняя мощность [latex]{P_{\text{ave}}}[/latex] равна

.

[латекс] {P _ {\ text {аве}} =} [/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {1} {2}} [/латекс] [латекс] {I_0 V_0}.[/латекс]

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии [latex]{(1/2)I_0V_0}[/latex] равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратический ток [latex]{I_{\text{rms}}}[/latex] и среднее или среднеквадратичное напряжение [latex]{V_{\text{rms}}}[/latex] как соответственно

[латекс] {I _ {\ text {rms}} =} [/ латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {I_0} {\ sqrt {2}}} [/ латекс]

и

[латекс] {V _ {\ текст {rms}} =} [/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {V_0} {\ sqrt {2}}} .[/латекс]

, где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения. В общем, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас,

[латекс] {P _ {\ text {ср.}} = I _ {\ text {среднеквадратичное значение}} V _ {\ text {среднеквадратичное значение}}}, [/латекс]

что дает

[латекс] {P _ {\ text {аве}} =} [/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {I_0} {2} \ cdot \ гидроразрыва {V_0} {2}} [/латекс] [латекс] { =}[/латекс] [латекс]{\ гидроразрыва {1} {2}}[/латекс] [латекс] {I_0 V_0},[/латекс]

, как указано выше. Стандартной практикой является цитирование [латекс] {I_{\text{rms}}}[/latex], [латекс]{V_{\text{rms}}}[/латекс] и [латекс]{P_{\ text{ave}}}[/latex], а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей используется переменное напряжение 120 В, что означает, что [латекс]{V _{\text{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] равно 120 В. I_{\text{rms}}}[/latex] более 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет [латекс]{P_{\text{ср.}}}=1,0 \;\text{кВт}}[/latex ], и так далее. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

[латекс] {I _ {\ текст {rms}} =} [/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {V {\ текст {rms}}} {R}}. 2} {R},} [/ латекс] 92 р} .[/латекс]

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность, потребляемая лампочкой переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что [латекс]{V_{\text{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] составляет 120 В, а [латекс]{P_{\текст{ав}}}[/латекс] 60,0 Вт. Мы можем использовать [latex]{V_{\text{rms}} = \frac{V_0}{\sqrt{2}}}[/latex], чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности найти пиковую мощность по заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения [латекс]{V_{\text{rms}} = \frac{V_0}{\sqrt{2}}}[/latex] для пикового напряжения [латекс ]{V_0}[/latex] и подстановка известного значения вместо [latex]{V_{\text{rms}}}[/latex] дает

[латекс]{V_0 = \sqrt{2} V_{\text{ rms}} = 1,414(120 \;\text{V}) = 170 \;\text{V}. }[/latex]

Обсуждение для (a)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 V до –170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение равно постоянным 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

[латекс] {P_0 = I_0 V_0 = 2 \; (}[/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {1} {2}} [/латекс] [латекс] {I_0 V_0 ) = 2P _ {\ текст {аве}}.} [/латекс]

Мы знаем средняя мощность 60,0 Вт, поэтому

[латекс]{P_0 = 2(60,0 \;\text{W}) = 120 \;\text{Вт}.}[/latex]

Обсуждение

Итак мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт9.0006

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе. Экономия за счет масштаба делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокое напряжение может передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкое напряжение. (См. рис. 4.) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что переменное напряжение намного проще увеличивать и уменьшать, чем постоянное, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 4. Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для снижения потерь мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое электростанцией, повышается с помощью пассивных устройств, называемых трансформаторами (см. главу 23.7 «Трансформаторы»), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). 2R}[/латекс]), и берем отношение к полной передаваемой мощности. 92 (1,00 \;\Omega) = 250 \;\text{кВт}}.[/latex]

Решение

Потери в процентах представляют собой отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100. :

[латекс]{\% \;\текст{потери} =}[/латекс] [латекс]{\гидроразрыва{250 \;\текст{кВт}}}{100 \;\текст{МВт}}}[ /latex] [latex]{\times 100= 0,250 \%}.[/latex]

Обсуждение

Одна четвертая процента является приемлемой потерей. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое напряжение. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

PhET Исследования: Генератор

Вырабатывайте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рис. 5. Генератор
  • Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического тока только в одном направлении. Это относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
  • Источник напряжения системы переменного тока (AC) выдает [latex]{V = V_0 \;\text{sin} \; 2 \pi ft}[/latex], где [latex]{V}[/latex] — напряжение в момент времени [latex]{t}[/latex], [latex]{V_0}[/latex] — пик напряжение, а [latex]{f}[/latex] — частота в герцах.
  • В простой цепи [латекс]{I = V/R}[/латекс], а переменный ток равен [латекс]{I = I_0 \;\text{sin} \;2 \pi ft}[/latex], где [латекс]{I}[/латекс] — ток в момент времени [латекс]{t}[/латекс], а [латекс]{I_0 = V_0/R}[/латекс] — пиковый ток.
  • Средняя мощность переменного тока равна [latex]{P_{\text{ave}} = \frac{1}{2}I_0 V_0}[/latex].
  • Средний (среднеквадратический) ток [латекс] {I_{\text{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] и среднее (среднеквадратичное значение) напряжение [латекс]{V_{\text{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] равны [латекс] {I_{\text{rms}} = \frac{I_0}{\sqrt{2}}}[/latex] и [латекс]{V_{\text{rms}} = \frac{V_0}{\sqrt{ 2}}}[/latex], где rms означает среднеквадратичное значение. 92 R }[/latex], аналогично выражениям для цепей постоянного тока.

Упражнения с задачами

1: (a) Каково тепловое сопротивление лампочки мощностью 25 Вт, работающей от сети переменного тока 120 В? б) Если рабочая температура лампы 2700°С, каково ее сопротивление при 2600°С?

2: Некоторое тяжелое промышленное оборудование использует переменный ток с пиковым напряжением 679 В. Каково среднеквадратичное значение напряжения?

3: Определенный автоматический выключатель срабатывает при среднеквадратичном токе 15,0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4: Военные самолеты используют переменный ток с частотой 400 Гц, потому что на этой более высокой частоте можно проектировать более легкое оборудование. Каково время одного полного цикла этой мощности?

5: Турист из Северной Америки берет свою бритву мощностью 25 Вт, 120 В переменного тока в Европу, находит специальный адаптер и подключает ее к сети 240 В переменного тока. Предполагая постоянное сопротивление, какую мощность потребляет бритва при ее поломке?

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце о потерях мощности для Примера 2. (а) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи [латекс]{1,00 – \;\Омега}[/латекс]. (c) Какой процент потерь это представляет?

7: Кондиционер небольшого офисного здания работает от сети переменного тока 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость работы кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней, а электроэнергия стоит [латекс]{9,00 \;\text{центов/кВт} \cdot \;\ текст{ч}}[/латекс]?

8: Какова пиковая потребляемая мощность микроволновой печи на 120 В переменного тока, которая потребляет 10,0 А?

9: Каков пиковый ток через комнатный обогреватель мощностью 500 Вт, работающий от сети переменного тока 120 В?

10: Два разных электрических устройства имеют одинаковую потребляемую мощность, но одно предназначено для работы от сети переменного тока 120 В, а другое от сети переменного тока 240 В. а) Каково отношение их сопротивлений? б) Каково отношение их токов? (c) Если предположить, что его сопротивление не изменится, во сколько раз увеличится мощность, если устройство на 120 В переменного тока подключить к сети 240 В переменного тока?

11: Нихромовая проволока используется в некоторых радиационных нагревателях.

Оставить комментарий