Как течет переменный ток: Понятие о переменном токе — Основы электроники

Понятие о переменном токе — Основы электроники

До сих пор мы рассматривали электрический ток, направ­ление и сила которого оставались постоянными, т. е. не изме­нялись с течением времени. Такой ток мы называли постоян­ным. При постоянном токе электроны движутся по проводнику все время в одном и том же направлении (если не считать хаотического теплового движения электронов), причем количе­ство движущихся электронов и скорость, их движения все время остаются постоянными.

Условное графическое изображение постоянного тока при­ведено на рисунке 1.

Рисунок 1. График переменного тока.

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он периодически изменяет свое направление, т. е. течет по про­воднику то в одну, то в другую сторону.

Переменный ток можно получить при помощи очень про­стой схемы, изображенной на рисунке 2а. При каждом передви­жении переключателя изменяется лишь направление тока в цепи, сила же тока при этом остается все время неизменной.

Рисунок 2. Простейший способ получения переменного тока а) и его график б).

Графическое изображение переменного тока, полученного таким способом, приведено на рисунке 2б, где ток, протекающий по проводнику в одном направлении, отложен над горизонтальной осью времени, а ток обратного направления — под осью времени.

Рассмотрим другой, белее распространенный случай пере­менного тока, когда изменяется не только направление тока, но и его сила.

Представим себе проводник, согнутый в виде рамки и вра­щающийся в равномерном магнитном поле (рисунок 3).

Рисунок 3. Рамка вращающаяся в равномерном магнитном поле.

При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индук­ции. В этом случае форма ЭДС индукции возникающей в рамке, а при подключению нагрузки к ней и форма переменного электрического тока текущего по цепи будет иметь вид показанный на рисунке 4, то есть изменение переменного тока будет осуществляться по закону синиуса.

Рисунок 4. График синусоидального переменного тока.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Как протекает переменный ток. Переменный ток

Как мы уже знаем, электрический ток бывает постоянным и переменным. Но широко применяется только переменный ток. Это обусловлено тем, что напряжение и силу переменного тока можно преобразовывать практически без потерь энергии. Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явлений электромагнитной индукции. На рис. 8 изображена примитивная установка для выработки переменного тока.

Рис. 8.

Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Своими концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток, но поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В связи с этим в рамке возникнет ЭДС индукции. Для того чтобы определить, изменяется ли магнитный поток, проходящий по поверхности рамки, нужно всего лишь сравнить положение рамки в определенные периоды времени. Для этого нужно внимательно посмотреть на рис. 9.



Рис. 9.

Точкой отсчета будет положение рамки, показанное на рис. 9, а. В этот момент плоскость рамки перпендикулярна к магнитным линиям, и магнитный поток будет иметь максимальное значение. Параллельно магнитным линиям рамка встанет через четверть периода. Магнитный поток при этом станет равным нулю, потому что ни одна магнитная линия не проходит через поверхность рамки. Чтобы определить ЭДС индукции, нужно знать не величину потока, а скорость его изменения. В точке отсчета ЭДС индукции равна нулю, а в третьем (рис. 9, в) — максимальному значению. Исходя из положений рамки, можно увидеть, что ЭДС индукции меняет и значение, и знак. Таким образом, она является переменной (см. график на рис. 9).

Если рамка имеет только активное сопротивление, то ток, который возникает в контуре под действием ЭДС индукции, с течением времени будет меняться, как и сама ЭДС. Такой ток называется переменным синусоидальным током. Периодом переменного тока называется отрезок времени, в течение которого ток выполняет одно полное колебание (эту единицу обозначают буквой Т). Число полных колебаний за 1 с называется частотой тока и обозначается буквой f. Частота измеряется в герцах (Гц). В промышленности и быту большинства стран используют переменный ток с частотой 50 Гц.

Действующие значения силы тока и напряжения

Как известно, переменная ЭДС индукции вызывает в цепи переменный ток. При наибольшем значении ЭДС сила тока будет иметь максимальное значение и наоборот. Это явление называется совпадением по фазе. Несмотря на то что значения силы тока могут колебаться от нуля и до определенного максимального значения, имеются приборы, с помощью которых можно замерить силу переменного тока.

Характеристикой переменного тока могут быть действия, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и при постоянном токе. К таким действиям можно отнести тепловое. К примеру, переменный ток протекает через проводник с заданным сопротивлением. Через определенный промежуток времени в этом проводнике выделится какое-то количество тепла. Можно подобрать такое значение силы постоянного тока, чтобы на этом же проводнике за то же время выделялось этим током такое же количество тепла, что и при переменном токе. Такое значение постоянного тока называется действующим значением силы переменного тока.

Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы не позволяют производить замеры в цепях переменного тока. Это происходит потому, что при каждом изменении тока в катушке меняется направление вращающего момента, которое воздействует на стрелку прибора. Из-за того что катушка и стрелка обладают большой инерцией, прибор не реагирует на переменный ток. Для этих целей применяются приборы, не зависящие от направления тока. Например, это могут быть приборы, основанные на тепловом действии тока. В таких приборах стрелка поворачивается за счет удлинения нити, нагреваемой током.

Можно также применять приборы с электромагнитной системой действия. Подвижной частью в данных приспособлениях является железный диск небольшого диаметра. Он перемагничивается и втягивается внутрь катушки, через которую пропущен переменный ток. Такие приборы измеряют действующие значения силы тока и напряжения.

Катушка индуктивности и конденсатор в цели переменного тока

Особенностями переменного тока являются изменение силы и направления тока. Эти явления отличают его от постоянного тока. К примеру, при помощи переменного тока нельзя зарядить аккумулятор. Также нельзя применять его для других технических целей.

Сила переменного тока состоит в прямой зависимости не только от напряжения и сопротивления, но и индуктивности проводников, подключенных к цепи. Как правило, индуктивность существенно уменьшает силу переменного тока. В связи с тем что сопротивление цепи равно отношению напряжения к силе тока, то подключение к цепи катушки индуктивности увеличит общее сопротивление. Это произойдет вследствие наличия ЭДС самоиндукции, которая не дает току увеличиваться. Если напряжение изменяется, то сила тока просто не успевает достигнуть тех максимальных значений, которые она приобрела бы, не будь самоиндукции. Из этого вытекает, что наибольшее значение силы переменного тока ограничивается индуктивностью, т. е. чем больше будет индуктивность и частота напряжения, тем меньше будет значение силы тока.

Если в цепь постоянного тока включить батарею конденсаторов, то тока в цепи не будет, потому что пластины конденсатора отделяются друг от друга изоляционными прокладками. При наличии в цепи конденсатора постоянный ток существовать не может.

Если точно такую же батарею подсоединить к цепи переменного тока, то в ней возникнет ток. Объясняется это следующим образом. Под действием изменяющегося напряжения происходит зарядка и разрядка конденсаторов. То есть если одна обкладка конденсатора имела в течение какого-либо полупериода отрицательный заряд, то в следующий полупериод она приобретет положительный заряд. Следовательно, перезарядка конденсатора перемещает заряды по цепи. А это и есть электрический ток, который можно обнаружить при помощи амперметра. Чем больше будет перемещаемый заряд, тем больше сила тока, т. е. чем большей емкостью обладает конденсатор и чем чаще он перезаряжается, тем больше частота.

Трехфазный переменный ток

В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток, который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными ЭДС с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.



Рис. 10.

Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на рис. 10.

Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что ЭДС, возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с ЭДС первого генератора, т. е. она будет опаздывать на 120°. ЭДС третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.

Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока. Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает изменяющаяся ЭДС индукции. Из-за того что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.

Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь 6 проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку.

Соединение звездой

Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С, а концы — X, Y, Z. В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 11 слева).



Рис. 11.

Точно так же можно соединять и приемники (рис. 11 справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (Uл). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т. е.:

Uл = v3Uф

Соединение треугольником


Рис. 12.

При использовании данного способа соединения конец X первой обмотки генератора подключают к началу В второй его обмотки, конец Y второй обмотки — к началу С третьей обмотки, конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки. Пример соединения показан на рис. 12. При данном способе соединения фазных обмоток и подключении трехфазного генератора к трехпроводной линии линейное напряжение по своему значению сравнивается с фазным:

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Хотя электрические приборы мы каждый день используем в повседневной жизни, не каждый может ответить, чем отличается переменный ток от постоянного, несмотря на то, что об этом рассказывается в рамках школьной программы. Поэтому имеет смысл напомнить основные догматы.

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.

Источники ЭДС

Источники электротока любого рода бывают двух видов:

  • первичные, с их помощью происходит генерация электроэнергии путем превращения механической, солнечной, тепловой, химической или другой энергии в электрическую;
  • вторичные, они не генерируют электроэнергию, а преобразуют ее, например, из переменной в постоянную или наоборот.

Единственным первичным источником переменного электротока является генератор, упрощенная схема такого устройства показана на рисунке.

Обозначения:

  • 1 – направление вращения;
  • 2 – магнит с полюсами S и N;
  • 3 – магнитное поле;
  • 4 – проволочная рамка;
  • 5 – ЭДС;
  • 6 – кольцевые контакты;
  • 7 – токосъемники.

Принцип работы

Механическая энергия преобразуется изображенным на рисунке генератором в электрическую следующим образом:

за счет такого явления, как электромагнитная индукция, при вращении рамки «4», помещенной в магнитное поле «3» (возникающее между различными полюсами магнита «2»), в ней образуется ЭДС «5». Напряжение в сеть подается через токосъемники «7» с кольцевых контактов «6», к которым подключена рамка «4».

Видео: постоянный и переменный ток – отличия

Что касается величины ЭДС, то она зависит от скорости пересечения силовых линий «3» рамкой «4». Из-за особенностей электромагнитного поля минимальная скорость пересечения, а значит и самое низкое значение электродвижущей силы будет в момент, когда рамка находится в вертикальном положении, соответственно, максимальное – в горизонтальном.

Учитывая изложенное выше, в процессе равномерного вращения индуктируется ЭДС, характеристики величины и направления которого изменяются с определенным периодом.

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).


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°)


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).

Трехфазные генераторы

Заметим, что наиболее экономически выгодным способом получения переменного электротока будет использование трехфазного генератора. Упрощенная схема его конструкции показана на рисунке.


Как видим, в генераторе используются три катушки, размещенные со смещением 120°, соединенные между собой треугольником (на практике такое соединение обмоток генератора не применяется в виду низкого КПД). При прохождении одного из полюсов магнита мимо катушки, в ней индуктируется ЭДС.


Чем обосновано разнообразие электротоков

У многих может возникнуть вполне обоснованный вопрос – зачем использовать такое разнообразие электротоков, если можно выбрать один и сделать его стандартным? Все дело в том, что не каждый вид электротока подходит для решения той или иной задачи.

В качестве примера приведем условия, при которых использовать постоянное напряжение будет не только не выгодно, ни и иногда невозможно:

  • задача передачи напряжения на расстояния проще реализовывается для переменного напряжения;
  • преобразовать постоянный электроток для разнородных электроцепей, у которых неопределенный уровень потребления, практически невозможно;
  • поддерживать необходимый уровень напряжения в цепях постоянного электротока значительно сложнее и дороже, чем переменного;
  • двигатели для переменного напряжения конструктивно проще и дешевле, чем для постоянного. В данном пункте необходимо заметить, что у таких двигателей (асинхронных) высокий уровень пускового тока, что не позволяет их использовать для решения определенных задач.

Теперь приведем примеры задач, где более целесообразно использовать постоянное напряжение:

  • чтобы изменить скорость вращения асинхронных двигателей требуется, изменить частоту питающей электросети, что требует сложного оборудования. Для двигателей, работающих от постоянного электротока, достаточно изменить напряжение питания. Именно поэтому в электротранспорте устанавливают именно их;
  • питание электронных схем, гальванического оборудования и многих других устройств также осуществляется постоянным электротоком;
  • постоянное напряжение значительно безопаснее для человека, чем переменное.

Исходя из перечисленных выше примеров, возникает необходимость в использовании различных видов напряжения.

В наше время электрический ток исполь-зуется во всех отраслях народного хозяйства. И мы знаем, что ток бывает двух видов: по-стоянный и переменный. Напомним, что при постоянном токе электроны в электрической цепи движутся все время в одном направлении, а при переменном токе непрерывно меняют на-правление. Какой же ток — переменный или постоянный — больше нужен технике и про-мышленности?

Передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при высоких на-пряжениях тока, достигающих 110, 220, 400 и даже 500—800 тыс. в. А генератор электриче-ской станции способен создать напряжение не выше 20 тыс. в. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен элект-рический ток напряжением всего в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь переменный ток оказывается незаменимым. Ведь он позволяет с помощью трансформаторов легко изменять напряжение в любых пределах: повы-шать на электростанциях для передачи на боль-шие расстояния и снова понижать непосредст-венно у потребителей.

В конце прошлого столетия русский элект-ротехник М. О. Доливо-Добровольский получил трехфазный переменный ток, обладающий очень важными достоинствами. Во-первых, трехфаз-ные линии электропередач выгоднее однофаз-ных: по ним при той же затрате проводов и изо-ляции можно передать больше энергии, чем по однофазным. А во-вторых, благодаря свой-ству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле удалось построить очень простые и надежные асинхронные элек-трические двигатели, которые сейчас широко используются для привода станков и машин.

Вот эти качества переменного тока позво-лили ему занять ведущее положение в технике и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабаты-вают только трехфазный переменный ток.

Больше половины вырабатываемой электри-ческой энергии потребляют электрические дви-гатели. Кроме простых асинхронных двигате-лей, не имеющих обмотки на роторе, есть дви-гатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Такие моторы развивают большие усилия при трогании с места, и поэтому их чаще всего применяют на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. Благодаря этому они применяются в машинах и механиз-мах, требующих постоянной скорости движе-ния независимо от их нагрузки: в эскалато-рах метрополитена, в больших водяных насосах, электрических часах и др. Электрические дви-гатели бывают маленькими, меньше катушки ниток, и огромными, как карусель.

Применение для привода станков сразу не-скольких электрических двигателей позволило устранить сложную систему передач, упро-стить механизмы станков, облегчило управле-ние ими и дало возможность создать автома-тические линии.

Малые размеры и простота электрических двигателей позволили использовать электри-ческую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки, гайковерты и другой инстру-мент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным. Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и хо-лодильники пришли на помощь домашним хозяйкам. А еще раньше в домах появились электрические чайники, утюги, плитки.

Переменный ток — хороший источник теп-ла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи широко используются в установках «искусственного климата», для обогрева сушильных шкафов и помещений, нагрева металлов и т. д.

Электрические лампочки светят независимо от того, какой ток идет через их нити: перемен-ный или постоянный. Но передача переменного тока более экономична, и трансформаторы по-зволяют легко получать и поддерживать необ-ходимое напряжение. Поэтому осветительная сеть городов и сел питается переменным током.

Но вот мы сели в трамвай, троллейбус, в ва-гон метро, в пригородную электричку — и сра-зу попали во владения постоянного тока. Дело в том, что простые и удобные электрические дви-гатели переменного тока не позволяют плавно менять скорость своего вращения. А изменять скорость движения приходится почти непрерыв-но; с такой работой может хорошо справиться только тяговый двигатель постоянного тока.

Питание таких двигателей осуществляется от специальных тяговых выпрямительных под-станций, на которых переменный ток преобра-зуется в постоянный, а затем подается в кон-тактную сеть — в провода и рельсы.

Но ученые и инженеры задумались, нельзя ли на транспорте применить переменный ток. Оказалось, можно. И уже сейчас на многих железных дорогах в контактных проводах течет переменный ток напряжением до 25 тыс. в, а в дальнейшем переменным током будут элек-трифицированы все железные дороги. Но дви-гатели электровозов по-прежнему работают на постоянном токе: выпрямительные уста-новки, превращающие переменный ток в по-стоянный, в этом случае находятся также на электровозах.

При помощи электрических двигателей по-стоянного тока приводятся в движение колеса тепловозов, механизмы прокатных станов, ша-гающих экскаваторов и многих других машин.

Есть и еще большая и важная область, в ко-торой переменный ток не может соперничать с постоянным. Речь идет об электролизе — про-цессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы — электролиты. Под дейст-вием постоянного тока электролит разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на опущенных в электролит электродах. Таким способом получают алюминий, магний, цинк, медь, марганец. В химической промыш-ленности при помощи электролиза добывают фтор, хлор, водород и другие вещества. С по-мощью электролиза наносят защитные покры-тия на металлические изделия (см. ст. « »).

Постоянный ток успешно соперничает с пе-ременным в сварочном деле (см. ст. «Как сва-ривают металл»). При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается лучше, чем при сварке переменным током.

Есть у постоянного тока еще одна особен-ность. Скорее не у самого тока, а у его источ-ников. Чтобы получить переменный электри-ческий ток, нужно непременно приводить в дви-жение генератор, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи и галь-ванические элементы. Эти свойства источников электрического тока в ряде случаев застав-ляют отдавать предпочтение постоянному току. Например, как завести двигатель стоящего на месте автомобиля? Достаточно нажать кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заведет мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который вновь заряжает аккумуляторную батарею. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.

На многих шахтах работают электровозы с аккумуляторными батареями, а в цехах заво-дов, на вокзалах и на складах часто можно встретить небольшие электрические тележки с аккумуляторами — электрокары.

Большие аккумуляторные батареи исполь-зуются для питания устройств сигнализации, управления и аварийного освещения на элект-ростанциях, в поездах и даже в троллейбусах. Легкие аккумуляторы и гальванические бата-реи применяются в переносных радиостанциях, в радиоприемниках, в электрических фонарях, измерительных и других приборах.

А вспомните об искусственных спутниках Земли и космических кораблях: на них уста-новлены полупроводниковые солнечные бата-реи — они тоже дают постоянный электриче-ский ток (см. ст. « »).

Прежде чем закончить наш рассказ, вер-немся ненадолго к его началу — к передаче электрической энергии по проводам. Переда-ваемые мощности и длина линий электропере-дач непрерывно возрастают, и приходится повы-шать напряжение до 500 и даже до 800 тыс. в.

И вот оказалось, что при этих условиях пе-редавать электрическую энергию выгоднее на постоянном токе. Вдвое лучше используется изо-ляция, увеличивается пропускная способность воздушных линий электропередач, уменьшает-ся количество проводов… Важно, что отпа-дет необходимость в сложном процессе синхро-низации при включении линий, соединяющих большие электростанции или энергетические системы. Этого, пожалуй, вполне достаточно, чтобы доказать целесообразность использова-ния постоянного тока для сверхдальних передач энергии. Правда, для получения постоянного тока высокого напряжения и последующего преобразования его в переменный ток низкого напряжения нужны очень сложные и дорогие преобразовательные подстанции. Но, несмотря на это, расчеты показывают, что в ряде случаев для сверхмощных и сверхдальних электропе-редач все же выгоднее использовать постоян-ный ток. Поэтому сейчас уже ведутся работы по сооружению таких линий электропередач на постоянном токе.

Конечно, перечисленными здесь примерами далеко не исчерпываются все области приме-нения электрической энергии. Здесь ничего не сказано об ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и прочих целей, но об этом вы прочтете в других статьях этого тома. Ясно одно: нам нужен и пе-ременный и постоянный ток и никогда один из них не вытеснит другого. Наоборот, разум-ное применение обоих позволяет лучше и пол-нее использовать электрическую энергию на благо человека.

В 21-веке электроника стала очень популярной. Многие люди хотят узнать больше о радиотехнике и начинают читать специальные книги, хотя многое в книгах не понятно. И поэтому начинают путаться, задавать много вопросов. Не могут найти подходящие и понятные сайты о электронике, где можно вкратце и просто понять что к чему. Но что-то мы далеко ушли, ладно давайте приступим к делу. Задача — рассказать всё подробнее и понятнее о постоянном и переменном токе.

Постоянный ток

До того времени, когда не было радиоприёмников и радиосвязи, был ток который тёк в одну сторону — его назвали постоянным, на графике он изображается прямой линией, как показано на рисунке ниже.

Давайте разберёмся, каков принцип работы этого тока, а он очень прост. Потому что постоянный ток течёт только в одну сторону. На мощных электростанциях вырабатывается переменный ток, его нужно сделать в постоянный. Постоянный ток может создать только гальванический элемент. Гальванический элемент — это элемент вырабатывающим постоянный ток, то есть обычная батарейка. Принцип работы батарейки разбирать не будем, нам сейчас главное, чтобы в вашей памяти уложился только постоянный и переменный ток. Допустим, мы выработали постоянный ток, он начнёт двигаться от плюса к минусу, это обязательно запомнить.


Переменный ток

Теперь переходим к переменному току, всё радиосвязь появилась, переменный ток стал изюминкой. Рассмотрим график переменного тока. Вы сразу обратили внимание на эти странные буквы, они нам не нужны, кроме одной — Т. У переменного тока есть особенность, он может менять своё направление, например: он, движется то в одну сторону, потом в другую. Этот процесс называется колебанием или периодом. На рисунке период обозначен этой самой буквой Т. Видно, что выше оси t волна, и ниже её, тоже волна. Это значит, что выше оси это движение к плюсу, а ниже, движение к минусу, проще говоря, это положительный полупериод, почему полупериод, потому что два полупериода равны T, то есть равны периоду, значит они всё таки полупериоды. Период — то же самое, что и колебание. Несколько колебаний совершённые в 1 секунду называют частотой. Итак, разобрались, что такое постоянный и переменный ток, думаю что разобрались.

Запомните: В розетке всегда 220 В переменного тока — он очень опасный. Один удар может даже убить человека, поэтому соблюдайте осторожность!

В памяти у вас должно отложиться: движение постоянного и переменного тока; графики постоянного и переменного тока; что такое частота, полупериод, период.


Кстати забыл сказать, в чём измеряется частота. Запомните: частота измеряется в Герцах . Допустим, совершается 50 колебаний в секунду, это значит что частота равна 50 герц. Таким образом можно определять любые другие значения. Всем пока, с вами был Дмитрий Цывцын.

Как течет переменный ток в цепи

Переменный ток в цепи представляет собой электрический поток заряженных частиц, направление и скорость которых периодически изменяется во времени по определенному закону.

Обратитесь к общему понятию переменного тока в электрической цепи, описанному в школьном учебнике. Там вы увидите, что переменный ток – это электрический ток, значение которого меняется по синусоидальному или косинусоидальному закону. Это означает, что величина силы тока в сети переменного тока изменяется по закону синуса или косинуса. Собственно говоря, это отвечает тому току, что течет в бытовой электрической сети. Однако синусоидальность тока не является общим определением переменного тока и не до конца объясняет природу его протекания.

Нарисуйте на листе бумаги график синусоиды. По данному графику видно, что значение самой функции, выражаемой силой тока в данном контексте, изменяется от положительного значения к отрицательному. Причем время, через которое происходит смена знака, всегда одно и то же. Это время называется периодом колебаний тока, а обратная ко времени величина – частотой переменного тока. Например, частота переменного тока бытовой сети составляет 50 Гц.

Обратите внимание на то, что обозначает смена знака функции физически. На самом деле, это означает лишь то, что в какой-то момент времени ток начинает течь в противоположную сторону. Причем, если закон изменения синусоидальный, то смена направления движения происходит не скачком, а с постепенным торможением. Отсюда и понятие переменного тока, и главное отличие его от постоянного, который всегда течет в одном и том же направлении и имеет постоянную величину. Как известно, направление тока задается направлением положительно заряженных частиц в цепи. Таким образом, в цепи переменного тока заряженные частицы через определенное время изменяют направление своего движения на противоположное.

Стоит заметить, что переменное значение величины силы тока в цепи переменного тока должно означать, что при подключении амперметра в подобную сеть его стрелка будет колебаться из стороны в сторону с частотой переменного тока. Однако, как известно, это не происходит. Дело в том, что амперметры переменного тока измеряют лишь среднее значение силы тока за период его колебания, а не текущее значение.

Всмотритесь в график, нарисованный вами ранее. На самом деле, смену направления движения (знака функции) и изменяемость величины силы тока можно задать любой произвольной функцией, а не только синусоидой,и такой ток также будет являться переменным. Например, одним из распространенных видов переменного тока является ток, график закона которого выглядит в виде остриев пилы. Такой переменный ток называют пилообразным.

Переменный ток и движение вперед

Хорошо — возможно, не самый сложный вопрос, но я не нашел удовлетворительного ответа.

Постоянный ток легко понять. Ток и электроника протекают однонаправленно, и вы можете понять, как при подключении цепи поток проходит от источника к принимающему концу цепи и, проходя через некоторую форму сопротивления (например, нить накала на лампочке), генерирует высокая температура.

Что касается переменного тока, я понял. Как только цепь включена, электроны проходят назад и вперед. Я понимаю эту концепцию. Что я не понимаю, так это то, как схема вообще создается. Потерпите меня:

Если в конечном итоге ток течет вперед и назад, как он вообще движется вперед от источника к конечной точке цепи? Я слышал о мяче для гольфа в аналогии с трубкой, чтобы объяснить, как работает цепь переменного тока n … но никто не объясняет, как протекает ток, когда в первую очередь все шары для гольфа помещаются в трубу (как аналогия).

Есть ли уже электроны (то есть — компонент материала, по которому течет ток) … но даже тогда, если ток колеблется взад-вперед, как он движется вперед, создавая цепь?

Единственная аналогия, о которой я подумал, может объяснить это тем, что сам ток (поток электричества движется в одном направлении), но электроны колеблются. Таким образом, аналогия в этом случае может заключаться в том, что течение — это река, а электроны — рыба, плавающая взад-вперед?)

Заранее извиняюсь за такой наивный вопрос, но этому я так и не смог получить достаточного объяснения этому.

Дэвид Уайт

Когда цепь переменного тока замкнута, электрическое поле движется по проводу практически со скоростью света. Поскольку провода являются проводниками, на атом атома проводника приходится примерно 1 свободный электрон (обычно медь), поэтому всегда доступно ОГРОМНОЕ количество свободных электронов, которые могут быть ускорены этим электрическим полем. Скорость дрейфа каждого электрона очень медленная, даже под воздействием переменного электрического поля в цепи переменного тока, поэтому электроны «выплескиваются» взад и вперед через очень небольшое расстояние вокруг фиксированной точки в проводе.

Итак, как замыкается цепь, если нет чистого потока электронов через провод? Мне нравится использовать аналогию водяного шланга с насадкой на конце. Когда вы сжимаете ручку на сопле, первая капля воды, выходящая из конца шланга, НЕ является каплей воды, которая только что вошла в шланг на другом конце. Когда одна капля воды выходит из сопла, одна капля воды попадает в шланг на другом конце. Если бы вы могли чередовать давление на шланге и качать воду в конец сопла, так как одна капля попадет в сопло, одна капля будет выходить из другого конца шланга. Это переменное давление даст вам переменный поток воды.

Переменный ток очень похож на этот. Свободные электроны в проводе представляют собой нечто похожее на несжимаемую жидкость в проводе. Когда один электрон входит в провод с одного конца, электрон уходит с другого конца провода, и наоборот.

В.Ф.

если ток колеблется взад-вперед, как он движется вперед, создавая цепь?

Ток не создает цепи — цепь создается проводами и различными электрическими компонентами (например, резисторами, конденсаторами и индукторами), которые вместе образуют петлю.

В простейшем случае цепь — это просто петля из проволоки, заполненная свободными электронами, которая будет двигаться, если приложить электрическое поле.

Таким образом, если вы вставите батарею в такую ​​петлю, свободные электроны начнут двигаться (одновременно по всей петле, включая батарею) в одном направлении. Это DC.

Если вы быстро измените полярность батареи, взад и вперед, свободные электроны будут также менять свое направление (колебаться). Это AC.

Для аналогии с мячами для гольфа и трубой для работы трубка должна также образовывать петлю, и кто-то должен проталкивать шары вокруг петли либо в одном направлении (DC), либо назад и вперед (AC).

Отличие постоянного тока от переменного и их особенности. Переменный ток и постоянный ток: отличие

В чём разница переменного и постоянного тока

Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, ионов) в некотором направлении. А его величину охарактеризовать числом заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.

Если величина заряженных частиц в 1 кулон проходит через определенное сечение проводника за время в 1 секунду, тогда можно говорить о силе тока в 1 ампер протекающего через проводник. Таким образом определяется количество ампер или сила тока. Это общее понятие тока. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.

Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлением и не меняет его со временем. Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и величину со временем. Если графически постоянный ток отображается как прямая линия, то переменный ток течет по проводнику по закону синуса и графически отображается как синусоида.

Так как переменный ток меняется по закону синусоиды, то он имеет такие параметры как период полного цикла, время которого обозначается буквой Т. Частота переменного тока обратна периоду полного цикла. Частота переменного тока выражается числом полных периодов в определенный промежуток времени (1 сек).

Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1/Т, где период для 50 Гц равен 0,02 сек. F =1/0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный ток английскими буквами AC и знаком «~». Постоянный ток имеет обозначение DC и значок «-». Кроме того переменный ток может быть однофазным или многофазным. В основном используется трехфазная сеть.

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?

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток — трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество» .

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали — остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции , электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями .

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаметитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.


Где используется постоянный ток:

  • в питании большинства бытовых приборов;
  • в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
  • для питания электроники автомобилей;
  • на кораблях и подводных лодках;
  • в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:


Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток — alternating current (AC). Постоянный ток — direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.


Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным , а второе — отрицательным .

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 — это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

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.


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.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.


Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

  1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
  2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
  3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток — это движение электронов в проводнике, напряжение — это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, «течет» в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но — как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках — это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

  • при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
  • при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и — в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля . Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку «вверх ногами» и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше — до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц — 50 периодов или колебаний в секунду?).



Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них — сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это — удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции «заберет» 500 000 вольт при токе в 10 ампер и «отдаст» в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но — в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи , понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри .

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим «места обитания» постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

  1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
  2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
  3. генераторы постоянного тока
  4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
  5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше — 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

  1. генераторы
  2. различные преобразователи (трансформаторы)
  3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот , а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками:) А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше — больше! Сам родник «упаковали» в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали — святое место, значится!

И последний штрих — поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем «булькает», а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда — «проистекает» 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата — ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему:) Директор был «на коне»! Отпустил несколько «контрольных» фраз по поводу всех этих п…х технологий, таких же п…х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, «поднять» навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек — это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу:)

Так что помните: главное — качественное электропитание. Хороший (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное — приложится:)

На сегодня у нас — все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже — небольшое видео по теме статьи.

Очень давно, учеными был изобретен электрический ток. Первым изобретением был постоянный. Но в последующем, проводя в своей лаборатории опыты, Никола Тесла изобрел переменный ток. Между ними было и есть много различий, согласно которым один из них используется в слаботочной аппаратуре, а другой имеет возможность преодолевать различные расстояния с небольшими потерями. Но многое зависит от величин токов.

Ток переменный и постоянный: разница и особенности

Отличие переменного тока от постоянного, можно понять исходя из определений. Для того чтобы лучше разобраться в принципе работы и особенностях, необходимо знать следующие факторы.

Основные отличия:

  • Движение заряженных частиц;
  • Способ производства.

Переменным, называют такой ток, в котором заряженные частицы, способны изменять направление движения и величину в определенное время. К главным параметрам переменного тока относят его напряжение и частоту.

В настоящее время, общественные электрические сети и различные объекты, используют переменный ток, с определенным напряжением и частотой. Данные параметры определяются оборудованием и устройствами.

Обратите внимание! В бытовых электросетях, используется ток величиной 220 Вольт и тактовой частотой 50 Гц.

Направление движения и частота заряженных частиц в постоянном токе неизменны. Данный ток для питания используют различные бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры.

В связи с тем, что переменный ток, проще и экономичнее по способу производства и передачи на различные расстояния, он стал основой электрификации объектов. Производят переменный ток на различных электростанциях, с которых посредством проводников, то поступает к потребителю.

Постоянный ток, получают при преобразовании переменного тока или путем химических реакций (например, щелочная батарейка). Для преобразования, используют трансформаторы тока.

Какой уровень напряжения является допустимым для человека: особенности

Для того чтобы знать, какие значения электрического тока являются допустимыми для человека, составлены соответствующие таблицы, в которых указаны величины переменного и постоянного тока и время.

Параметры воздействия электрического тока:

  • Сила;
  • Частота;
  • Время;
  • Относительная влажность.

Допустимое напряжение прикосновения и ток, которые протекают через человеческое тело в различных режимах электроустановок, не превышают следующих значений.

Переменный ток 50 Гц, должен быть не более 2,0 Вольт и силой тока 0,3 мА. Ток с частотой 400 Гц напряжением 3,0 Вольт и сила тока 0,4 мА. Постоянный ток напряжением 8 и силой тока 1 мА. Безопасное воздействие тока с такими показателями, до 10 минут.


Обратите внимание! Если электромонтажные работы производятся при повышенных температурах и высокой относительной влажности, данные значения уменьшаются в три раза.

В электроустановках с напряжением до 100 Вольт, которые глухо заземлены, или изолирована нейтраль, безопасные токи прикосновения следующие.

Переменный ток 50 Гц с разбросом напряжения от 550 до 20 Вольт и силой тока от 650 до 6 мА, переменный ток 400Гц с напряжением от 650 до 36 Вольт, и постоянный ток от 650 до 40 Вольт, не должен воздействовать на тело человека в пределах от 0,01 до 1 секунды.

Опасный переменный ток для человека

Считается, что для жизни человека, переменный электрический ток наиболее опасен. Но это при условии, если не вдаваться в подробности. Многое зависит от различных величин и факторов.

Факторы, влияющие на опасное воздействие:

  • Продолжительность контакта;
  • Путь прохождения электрического тока;
  • Сила тока и напряжение;
  • Какое сопротивление тела.

Согласно правилам ПУЭ, самый опасный ток для человека, это переменный с частотой, которая варьируется в пределах от 50 до 500 Гц.

Стоит отметить, что при условии, сила тока не превышает 9 мА, то любой, может сам освободиться от токоведущей части электроустановки.

Если данное значение превышено, то для того чтобы освободиться от воздействия электрического тока, человеку нужно стронная помощь. Связано это с тем, что ток переменный, намного сильнее способен возбуждать нервные окончания, и вызывать непроизвольные судороги мышц.

Например, при касании токоведущей части устройства внутренней частью ладони, мышечная судорога будет сильнее сжимать кулак, с течением времени.

Почему еще переменный ток опаснее? При одинаковых значениях силы тока, переменный в несколько раз сильнее воздействует на организм.


Так как, переменный ток воздействует на нервные окончания и мышцы, то стоит понимать, что этим, том влияет и на работу сердечной мышцы. Из чего следует, что при контакте с переменным током, возрастает риск летального исхода.

Важным показателем, является сопротивление тела человека. Но при ударе переменным током с высокими частотами, сопротивление тела значительно снижается.

Какой величины опасен для человека постоянный ток

Опасным для человека, может быть и постоянный ток. Конечно переменный, в десятки раз опаснее. Но если рассматривать токи в различных величинах, то постоянный может быть намного опаснее переменного.

Воздействие постоянного тока на человека разделяют:

  • 1 порог;
  • 2 порог;
  • 3 порог.

При воздействии постоянного тока перового порога (ток ощутимый), начинают немного дрожать руки, и появляется легкое покалывание.

Второй порог (ток не отпускающий), в пределах от 5 до 7 мА, является наименьшим значением, при котором человек, не может освободиться от проводника самостоятельно.

Данный ток считается не опасным, так как сопротивление тела человека выше, чем его значения.

Третий порог (фибрилляционный), при значениях от 100 мА и выше, ток сильно воздействует на организм и на внутренние органы. При этом ток при данных значениях, способен вызвать хаотичное сокращение сердечной мышцы и привести к его остановке.

На силу воздействия, влияют и другие факторы. Например сухая кожа человека, обладает сопротивлением от 10 до 100 кОм. Но если касание произошло мокрой поверхностью кожи, то сопротивление значительно снижается.


Электрический ток
— движение заряженных частиц по проводнику в определенном направлении. Точнее это величина, которая показывает, сколько заряженных частиц прошло через проводник за единицу времени. Если за одну секунду через поперечное сечение проводника прошло количество заряженных частиц величиной в один кулон, то по данному проводнику течет ток величиной в один ампер (обозначение силы тока в соответствии с международной системой СИ). Величину электрического тока (количество ампер) называют силой тока. В зависимости от изменения величины во времени ток бывает постоянным и переменным.

Постоянный ток — это электрический ток, который не изменяет своего направления с течением времени. Переменный ток — с течением времени в определенной закономерности изменяет как свою величину, так и направление. Причем данные изменения повторяются через определенные промежутки времени — то есть они периодичны.

Переменный и постоянный ток в электроустановках

Для трехфазной электрической сети характерен переменный ток . Протекание переменного тока по проводникам обуславливается наличием источника переменной электродвижущей силы (ЭДС), изменяющей свою величину, как по величине, так и по направлению. В данном случае изменение величины и направления ЭДС осуществляется по закону синуса, то есть график изменения переменного тока во времени — это синусоида. Источником синусоидальной ЭДС является генератор переменного тока.

Практически все электрооборудование электроустановок и промышленных предприятий питается от сети переменного тока, так как это наиболее целесообразно и имеет множество плюсов. Но есть и некоторое оборудование, которое работает от сети постоянного тока (или некоторые его части): синхронный двигатель, электромагнитный , двигатель постоянного тока и другие. Для того чтобы преобразовать переменный ток в постоянный ток (необходимый для питания вышеуказанного электрооборудования) используют выпрямители.

Кроме того, постоянный ток используется для передачи по высоковольтным линиям больших мощностей электрической энергии. В этом случае при передаче электрической энергии на большие расстояния электрические потери значительно меньше, чем при той же передаче на переменном токе.

Объяснение, чем постоянный ток отличается от переменного. Чем отличается постоянный ток от переменного

Виды тока

Среди видов электрического тока различают:

Постоянный ток:

Обозначение (-) или DC (Direct Current = постоянный ток).

Переменный ток:

Обозначение (

) или AC (Alternating Current = переменный ток).

В случае постоянного тока (-) ток течет в одном направлении. Постоянный ток поставляют, например, сухие батарейки, солнечные батареи и аккумуляторы для приборов с небольшим потреблением электротока. Для электролиза алюминия, при дуговой электросварке и при работе электрифицированных железных дорог требуется постоянный ток большой силы. Он создается с помощью выпрямления переменного тока или с помощью генераторов постоянного тока.

В качестве технического направления тока принято, что он течет от контакта со знаком «+» к контакту со знаком «-».

В случае переменного тока (

) различают однофазный переменный ток, трехфазный переменный ток и высокочастотный ток.

При переменном токе ток постоянно изменяет свою величину и свое направление. В западноевропейской энергосети ток за секунду меняет свое направление 50 раз. Частота изменения колебаний в секунду называется частотой тока. Единица частоты — герц (Гц). Однофазный переменный ток требует наличия проводника, проводящего напряжение, и обратного проводника.

Переменный ток применяется на стройплощадке и в промышленности для работы электрических машин, например ручных шлифовальных устройств, электродрелей и круговых пил, а также для освещения стройплощадок и оборудования стройплощадок.

Генераторы трехфазного переменного тока вырабатывают на каждой из своих трех намоток переменное напряжение частотой 50 Гц. Этим напряжением можно снабжать три раздельные сети и при этом использовать для прямых и обратных проводников всего шесть проводов. Если объединить обратные проводники, то можно ограничиться только четырьмя проводами

Общим обратным проводом будет нейтральный проводник (N). Как правило, он заземляется. Три другие проводника (внешние проводники) имеют краткое обозначение LI, L2, L3. В единой энергосистеме Германии напряжение между внешним проводником и нейтральным проводником, или землей, составляет 230 В. Напряжение между двумя внешними проводниками, например между L1 и L2, составляет 400 В.

О высокочастотном токе говорят, когда частота колебаний значительно превышает 50 Гц (от 15 кГц до 250 МГц). С помощью высокочастотного тока можно нагревать токопроводящие материалы и даже плавить их, например металлы и некоторые синтетические материалы.

Преобразователи переменного постоянного тока. Устройство.

Василий Сонькин

Если вдоль всего Садового кольца встанут люди, возьмутся за руки, и одновременно будут шагать в одну сторону, то через каждый перекресток будет проходить много людей. Это постоянный ток. Если же они будут делать пару шагов вправо, потом влево, через каждый перекресток пройдет много людей, но это будут одни и те же люди. Это переменный ток.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод – как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Переменный ток. в отличие от тока постоянного. непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простейшего генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь вместе с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Рисунок 1. Схема простейшего генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство действительно является источником переменной ЭДС.

Предположим, что магнит создает между своими полюсами равномерное магнитное поле. т. е. такое, в котором плотность магнитных силовых линий в любой части поля одинаковая. вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б индуктируются ЭДС.

Стороны же в и г рамки — нерабочие, так как при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, следовательно, не участвуют в создании ЭДС.

В любой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, противоположна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом нетрудно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки.

Для этого надо ладонь правой руки расположить так, чтобы она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в которой мы хотим определить направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке. При этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС изменяется в ней на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Действительно, в то время, когда рамка подходит к своему вертикальному положению и проходит его, скорость пересечения силовых линий сторонами рамки бывает наибольшей, и в рамке индуктируется наибольшая ЭДС. В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким образом, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, периодически изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для создания тока во внешней цепи.

Используя явление электромагнитной индукции. можно получить переменную ЭДС и, следовательно, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается мощными генераторами, приводимыми во вращение паровыми или водяными турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

Графическое изображение постоянного и переменного токов

Графический метод дает возможность наглядно представить процесс изменения той или иной переменной величины в зависимости от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся с течением времени, начинают с построения двух взаимно перпендикулярных линий, называемых осями графика. Затем на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в некотором масштабе, — значения той величины, график которой собираются построить (ЭДС, напряжения или тока).

На рис. 2 графически изображены постоянный и переменный токи. В данном случае мы откладываем значения тока, причем вверх по вертикали от точки пересечения осей О откладываются значения тока одного направления, которое принято называть положительным, а вниз от этой точки — противоположного направления, которое принято называть отрицательным.

Рисунок 2. Графическое изображение постоянного и переменного тока

Сама точка О служит одновременно началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и вверх) и времени (по горизонтали вправо). Иначе говоря, этой точке соответствует нулевое значение тока и тот начальный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в дальнейшем будет изменяться ток.

Убедимся в правильности построенного на рис. 2, а графика постоянного тока величиной 50 мА.

Так как этот ток постоянный, т. е. не меняющий с течением времени своей величины и направления, то различным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е. 50 мА. Следовательно, в момент времени, равный нулю, т. е. в начальный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА. Отложив по вертикальной оси вверх отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы обязаны сделать и для следующего момента времени, соответствующего точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально вверх отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка определит нам вторую точку графика.

Проделав подобное построение для нескольких последующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением постоянного тока величиной 50 мА.

Построение графика переменной ЭДС

Перейдем теперь к изучению графика переменной ЭДС. На рис. 3 в верхней части показана рамка, вращающаяся в магнитном поле, а внизу дано графическое изображение возникающей переменной ЭДС.

Рисунок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем равномерно вращать рамку по часовой стрелке и проследим за ходом изменения в ней ЭДС, приняв за начальный момент горизонтальное положение рамки.

В этот начальный момент ЭДС будет равна нулю, так как стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответствующее моменту t = 0, изобразится точкой 1.

При дальнейшем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до тех пор, пока рамка не достигнет своего вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся вверх кривой, которая достигает своей вершины (точка 2).

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и упадет до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Следовательно, за время, соответствующее половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до наибольшей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При дальнейшем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет постепенно возрастать по величине, однако направление ее уже изменится на обратное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и располагается теперь ниже этой оси. ЭДС возрастает опять-таки до тех пор, пока рамка не займет вертикальное положение. Затем начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка вернется в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот. На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в обратном направлении своей вершины (точка 4), встретится затем с осью времени (точка 5).

На этом заканчивается один цикл изменения ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается второй цикл, в точности повторяющий первый, за которым, в свою очередь, последует третий, а потом четвертый, и так до тех пор, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким образом, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл своего изменения.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Полученная нами волнообразная кривая называется синусоидой. а ток, ЭДС или напряжение, изменяющиеся по такому закону, называются синусоидальными.

Сама кривая названа синусоидой потому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, называемой синусом.

Синусоидальный характер изменения тока — самый распространенный в электротехнике, поэтому, говоря о переменном токе, в большинстве случаев имеют в виду синусоидальный ток.

Для сравнения различных переменных токов (ЭДС и напряжений) существуют величины, характеризующие тот или иной ток. Они называются параметрами переменного тока.

Период, амплитуда и частота — параметры переменного тока

Переменный ток характеризуется двумя параметрами — периодом и амплитудо й, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и построить график тока.

Рисунок 4. Кривая синусоидального тока

Промежуток времени, на протяжении которого совершается полный цикл изменения тока, называется периодом. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах.

Промежуток времени, на протяжении которого совершается половина полного цикла изменения тока, называется полупериодом. Следовательно, период изменения тока (ЭДС или напряжения) состоит из двух полупериодов. Совершенно очевидно, что все периоды одного и того же переменного тока равны между собой.

Как видно из графика, в течение одного периода своего изменения ток достигает дважды максимального значения.

Максимальное значение переменного тока (ЭДС или напряжения) называется его амплитудой или амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — общепринятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы прежде всего обратили внимание на амплитудное значение тока. однако, как это видно из графика, существует бесчисленное множество промежуточных его значений, меньших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответствующее любому выбранному моменту времени, называется его мгновенным значением.

i. е и u — общепринятые обозначения мгновенных значений тока, ЭДС и напряжения.

Мгновенное значение тока, как и амплитудное его значение, легко определить с помощью графика. Для этого из любой точки на горизонтальной оси, соответствующей интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки пересечения с кривой тока полученный отрезок вертикальной прямой определит значение тока в данный момент, т. е. мгновенное его значение.

Очевидно, что мгновенное значение тока по истечении времени Т/2 от начальной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени — T/4 его амплитудному значению. Ток также достигает своего амплитудного значения но уже в обратном на правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график показывает, как с течением времени меняется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При этом значение тока в данный момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в любой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, называется частотой переменного тока и обозначается латинской буквой f.

Чтобы определить частоту переменного тока, т. е. узнать, сколько периодов своего изменения ток совершил в течение 1 секунды. необходимо 1 секунду разделить на время одного периода f = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно определить период: T = 1/f

Частота переменного тока измеряется единицей, называемой герцем.

Если мы имеем переменный ток. частота изменения которого равна 1 герцу, то период такого тока будет равен 1 секунде. И, наоборот, если период изменения тока равен 1 секунде, то частота такого тока равна 1 герцу.

Итак, мы определили параметры переменного тока — период, амплитуду и частоту. — которые позволяют отличать друг от друга различные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это необходимо, их графики.

При определении сопротивления различных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так называемую угловую или круговую частоту.

Круговая частота обозначается буквой #969 и связана с частотой f соотношением #969 = 2#960 f

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы видели, что за время одного полного оборота рамки происходит полный цикл изменения ЭДС. Иначе говоря, для того чтобы рамке сделать один оборот, т. е. повернуться на 360°, необходимо время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота. Следовательно, 360°/T есть угол, на который поворачивается р а мка в 1 секунду, и выражает собой ско р ость вращения рамки, которую принято называть угловой или круговой скоростью.

Но так как период Т связан с частотой f соотношением f=1/T, то и круговая скорость может быть выражена через частоту и будет равна #969 = 360°f.

Итак, мы пришли к выводу, что #969 = 360°f. Однако для удобства пользования круговой частотой при всевозможных расчетах угол 360°, соответствующий одному обороту, заменяют его радиальным выражением, равным 2 #960 радиан, где #960 =3,14. Таким образом, окончательно получим #969 = 2 #960 f. Следовательно, чтобы определить круговую частоту переменного тока (ЭДС или напряжения), надо частоту в герцах умножить на постоянное число 6,28.

Наш сайт в Facebook:

Любой грамотный инженер должен без запинки ответить какой ток в розетке — постоянный или переменный. Физике в технических ВУЗах уделяют особое внимание! А вот большинство обычных граждан может прожить всю жизнь и не знать этого. И абсолютно зря! В наше время есть необходимый минимум знаний, которым должен обладать любой современный образованный человек. Какой тип тока в розетке нужно знать так же, как таблицу умножения.

Виды электрического тока в быту

Для полного понимания картины приведу немного теории, которую будет очень полезно знать. Электрический ток — это направленное движение электрических зарядов. Он может возникать в замкнутой электрической цепи. Различают:

Постоянный ток или DC — Direct Current. Международное обозначение (-).
Постоянный ток течёт в одном направлении, а величина его слабо меняется со временем. Яркий пример, который Вы можете встретить у себя дома или в квартире — ток от электрических батареек или аккумуляторов.

Переменный ток . обозначение или AC — Alternating Current. Международное обозначение (~).
Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. Один период изменения в секунду — это Герц. Соответственно частота переменного тока — это количество периодов в секунду. В России и Европе используемая частота — 50 Гц, в США — 60 Гц. Переменный ток используется для работы различных электроприборов.

Какой ток в бытовых розетках

Разобравшись в теории — перейдём непосредственно к ответу на вопрос — какой ток в розетке — переменный или постоянный? Думаю Вы уже и сами догадались — конечно же переменный ток . Рабочее напряжение в сети — 220-240 Вольт. Сила переменного тока в обычных квартирах ограничивается величиной в 16 А (Ампер), но в некоторых случаях встречается и до 25 А. По мощности тока стандартное ограничение — 3,5 кВт.

Для более мощной электрической техники используют уже трехфазные сети с напряжением 380 Вольт с силой тока до 32А.

В чём разница переменного и постоянного тока

Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, ионов) в некотором направлении. А его величину охарактеризовать числом заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.

Если величина заряженных частиц в 1 кулон проходит через определенное сечение проводника за время в 1 секунду, тогда можно говорить о силе тока в 1 ампер протекающего через проводник. Таким образом определяется количество ампер или сила тока. Это общее понятие тока. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.

Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлением и не меняет его со временем. Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и величину со временем. Если графически постоянный ток отображается как прямая линия, то переменный ток течет по проводнику по закону синуса и графически отображается как синусоида.

Так как переменный ток меняется по закону синусоиды, то он имеет такие параметры как период полного цикла, время которого обозначается буквой Т. Частота переменного тока обратна периоду полного цикла. Частота переменного тока выражается числом полных периодов в определенный промежуток времени (1 сек).

Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1/Т, где период для 50 Гц равен 0,02 сек. F =1/0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный ток английскими буквами AC и знаком «~». Постоянный ток имеет обозначение DC и значок «-». Кроме того переменный ток может быть однофазным или многофазным. В основном используется трехфазная сеть.

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?

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

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.

Сегодня, если вы посмотрите вокруг, практически все, что вы видите, питается от электричества в той или иной форме.
Переменный ток и постоянный ток являются двумя основными формами зарядов, питающих наш электрический и электронный мир.

Что такое AC? Переменный ток может быть определен, как поток электрического заряда, который изменяет свое направление через регулярные промежутки времени.

Период / регулярные интервалы, при котором AC меняет свое направление, является его частотой (Гц). Морские транспортные средства, космические аппараты, и военная техника иногда используют AC с частотой 400 Гц. Тем не менее, в течение большей части времени, в том числе внутреннего использования, частота переменного тока устанавливается на 50 или 60 Гц.

Что такое DC? (Условное обозначение на электроприборах) Постоянный ток является током (поток электрического заряда или электронов), который течет только в одном направлении. Впоследствии, нет частоты связанной с DC. DC или постоянный ток имеет нулевую частоту.
Источники переменного и постоянного тока:

АС: Электростанции и генераторы переменного тока производят переменный ток.

DC: Солнечные батареи, топливные элементы, и термопары являются основными источниками для производства DC. Но основным источником постоянного тока является преобразование переменного тока.

Применение переменного и постоянного тока:

АС используется для питания холодильников, домашних каминов, вентиляторов, электродвигателей, кондиционеров, телевизоров, кухонных комбайнов, стиральных машин, и практически всего промышленного оборудования.

DC в основном используется для питания электроники и другой цифровой техники. Смартфоны, планшеты, электромобили и т.д.. LED и LCD телевизоры также работают на DC, который преобразовывается от обычной сети переменного тока.

Почему AC используется для передачи электроэнергии. Это дешевле и проще в производстве. AC при высоком напряжении может транспортироваться на сотни километров без особых потерь мощности. Электростанции и трансформаторы уменьшают величину напряжения до (110 или 230 В) для передачи его в наши дома.

Что является более опасным? AC или DC?
Считается, что DC является менее опасным, чем AC, но нет окончательного доказательства. Существует заблуждение, что контакт с высоким напряжением переменного тока является более опасным, чем с низким напряжением постоянного тока. На самом деле, это не о напряжении, речь идет о сумме тока, проходящего через тело человека. Постоянный и переменный ток может привести к летальному исходу. Не вставляйте пальцы или предметы внутрь розеток или гаджетов и высокой мощности оборудования.

Как может переменный ток питать что-нибудь?

Я чувствую, что вы неправильно понимаете, как энергия постоянного тока передается от источника к нагрузке, что препятствует вашей способности понимать, как передается энергия переменного тока.

Многие люди думают, что источник энергии каким-то образом дает энергию электронам. Затем электроны стекают вниз по проводу, несущему эту энергию, и затем каким-то образом высвобождают энергию, когда электроны протекают через нагрузку. Могу поспорить, что ваша ментальная картина электричества примерно такая. И если это близко к тому, как вы рассматриваете электричество, то вопрос о том, как источник энергии переменного тока передает энергию, вызывает недоумение. В конце концов, электроны не текут взад и вперед 50 или 60 раз в секунду от лампочки на вашей кухне вплоть до генератора на электростанции. Мы знаем, что электроны движутся намного медленнее, чем это (они движутся порядка метра в час, в зависимости от ряда факторов, таких как ток, размер проводника и т. Д.). И учитывая, что между вашей кухонной лампой и генератором есть трансформаторы, это имеет еще меньше смысла, поскольку это две разные электрические цепи, в которых есть разные электроны. Провода даже не подключены.

Но это не так, как это работает. Энергия не переносится от источника к нагрузке через электроны. Энергия даже не течет по проводам. Вместо этого электрическая энергия перемещается от электрического источника к электрической нагрузке через электромагнитное (ЭМ) поле в пространстве, окружающем источник, провода и нагрузку.

Посмотрите на рисунок ниже цепи постоянного тока, состоящей из батареи, провода и резистора. Зеленые стрелки представляют магнитное поле, возникающее в результате протекания тока. Красные стрелки представляют электрическое поле от источника напряжения. Синие стрелки представляют плотность потока энергии или вектор Пойнтинга. , который является перекрестным произведением электрического и магнитного полей. Вектор Пойнтинга можно рассматривать как скорость передачи энергии на единицу площади.

Обратите внимание, что поток энергии идет от батареи к резистору. Также обратите внимание, что энергия поступает в резистор не от провода, а через пространство вокруг проводов.

Если вы замените источник постоянного тока на источник переменного тока, вы сможете убедить себя, взглянув на электрические и магнитные поля, — что вектор Пойнтинга все еще указывает от источника к нагрузке, даже если ток переключает направления. Поскольку вектор Пойнтинга является перекрестным произведением двух полей, его направление остается неизменным даже при изменении полей.

В комментариях было несколько вопросов о научной обоснованности сказанного выше. Как электромагнитная энергия перемещается в цепях, было известно в течение некоторого времени … по крайней мере с конца 1800-х годов. Вектор Пойнтинга, названный в честь Джона Генри Пойнтинга, который объяснил эту теорию в статье 1884 года, озаглавленной « О передаче энергии в электромагнитном поле» . Документ довольно читабелен и объясняет теорию довольно хорошо. Он объясняет:

Раньше ток рассматривался как нечто, движущееся по проводнику, причем внимание было направлено главным образом на проводник, и энергия, которая появлялась в любой части цепи, если вообще рассматривалась, должна была передаваться через проводник током. Но существование индуцированных токов и электромагнитных воздействий на расстоянии от первичной цепи, из которой они черпают свою энергию, заставило нас под руководством Фарадея и Максвелла рассматривать среду, окружающую проводник, как играющую очень важную роль в развитие явлений. Если мы верим в непрерывность движения энергии, то есть, если мы верим, что когда оно исчезает в одной точке и вновь появляется в другой, оно должно пройти через промежуточное пространство,

Он продолжает говорить:

Начиная с теории Максвелла, мы естественным образом вынуждены рассмотреть проблему: как энергия электрического тока проходит от точки к точке, то есть по каким путям и по какому закону она движется от той части цепи, где она сначала распознается как электрический и магнитный для частей, где он превращается в тепло или другие формы?

4 π4π

Затем он продолжает показывать, как энергия входит и нагревает провод:

Тогда кажется, что никакая энергия тока не проходит по проводу, но что она поступает из непроводящей среды, окружающей проволоку, что, как только она входит, она начинает преобразовываться в тепло, величина, пересекающая последовательные слои проволоки уменьшается до тех пор, пока не будет достигнут центр, где нет магнитной силы и, следовательно, нет проходящей энергии, все это превращается в тепло. Тогда можно сказать, что ток проводимости состоит из этого внутреннего потока энергии с сопутствующими ему магнитными и электродвижущими силами и преобразования энергии в тепло внутри проводника.

Ричард Фейнман также говорит об этом в своих лекциях по физике . После объяснения этого явления Фейнман выясняет, как зарядный конденсатор получает свою энергию, а затем говорит:

Но это говорит нам о странной вещи: когда мы заряжаем конденсатор, энергия не идет по проводам; это входит через края промежутка.

Затем Фейнман, как и Пойнтинг, объясняет, как энергия входит в провод:

В качестве другого примера, мы спрашиваем, что происходит в куске резистивного провода, когда он проводит ток. Поскольку у провода есть сопротивление, вдоль него есть электрическое поле, управляющее током. Из-за падения потенциала вдоль провода, есть также электрическое поле снаружи провода, параллельно поверхности. Кроме того, существует магнитное поле, которое проходит вокруг провода из-за тока. E и B находятся под прямым углом; поэтому существует вектор Пойнтинга, направленный радиально внутрь, как показано на рисунке. Вокруг потока энергии в провод. Это, конечно, равно энергии, теряемой в проводе в виде тепла. Таким образом, наша «сумасшедшая» теория говорит, что электроны получают свою энергию для генерации тепла из-за энергии, поступающей в провод из поля снаружи. Интуиция, казалось бы, говорит нам, что электроны получают свою энергию от проталкивания вдоль провода, поэтому энергия должна течь вниз (или вверх) вдоль провода. Но теория говорит, что электроны действительно выталкиваются электрическим полем, которое исходит от некоторых зарядов очень далеко, и что электроны получают свою энергию для генерации тепла из этих полей. Энергия так или иначе течет от отдаленных зарядов в большую область пространства и затем внутрь к проводу. и что электроны получают свою энергию для генерации тепла из этих полей. Энергия так или иначе течет от отдаленных зарядов в большую область пространства и затем внутрь к проводу. и что электроны получают свою энергию для генерации тепла из этих полей. Энергия так или иначе течет от отдаленных зарядов в большую область пространства и затем внутрь к проводу.

электричества — В переменном токе электроны текут от источника к прибору?

В электромагнетизме и, следовательно, в любом представлении о том, как работает природа, есть две основы.

1) Классический, где есть поля, токи, волны, напряжения и т. д.

2) Квантовая механика, где есть электроны, протоны, ионы, фотоны и т. д.

В вопросе смешиваются две рамки, и неизбежно возникают парадоксальные вопросы.

Эти две структуры связаны, но нужно знать, что есть два разных способа рассматривать материю, второй, квантово-механический, более фундаментальный, из которого построены классические поля.

Можно сделать классическую форму электрического тока как количество электронов, время, скорость и т. д., и с соответствующими константами система работает и непротиворечива. Но эта классическая картина рушится, когда кто-то пытается локализовать электроны.

Электроны в электронной пушке в вакуумной трубке образуют ток и классическая картина тока совпадает с квантово-механической. Но в твердых телах микроскопическая конфигурация гораздо сложнее.

В металлах электроны квантово-механически занимают уровень, зону проводимости, где они имеют коллективное поведение, которое дает комбинированный классический ток, но отдельные электроны не имеют «позиции», из которой можно двигаться.Они следуют близко (непрерывно) разнесенным энергетическим уровням, которые они занимают с миллионами других идентичных электронов, понятие положения не имеет значения.

В кристаллах, таких как транзисторы и полупроводники, электроны мигрируют с энергетического уровня на энергетический уровень кристалла в соответствии с подводимой энергией и доступными энергетическими уровнями, но опять же один электрон неотличим от другого в коллективном поле (как следует из приведенной выше ссылки продемонстрировать вам). Текущее поведение является коллективным, и положение отдельных электронов не входит в него во взаимно однозначном соответствии.Можно определить только коллективный ток, а «положение электрона» в этом определении отсутствует; если только не поставить очень подробный эксперимент, чтобы исследовать квантовую природу явления. Тогда мы будем говорить об отдельных электронах, а не о токах, хотя формально их можно определить.

В общем, для общих целей достаточно классического фреймворка.

электричество — Как по проводу проходит переменный ток?

Рассмотрим простую сеть лампочки, два вывода которой подключены к двум проводам с открытыми концами A и B соответственно

  А о--------💡--------о Б
  

Теперь, если источник постоянного тока подключен к точкам A и B, скажем, клемма B имеет потенциал +5, а клемма A имеет потенциал 0, то в точности происходит то, что «отрицательный заряд течет к клемме с более высоким потенциалом, т.е. терминал B» и что это означает, насколько я понимаю, это то, что: —

Из-за электромагнитных сил все электроны в проводе смещаются в сторону А с определенной скоростью, вызывая положительный ток в направлении В. Этот дрейф электронов нагревает провод накаливания с высоким сопротивлением в колбе и заставляет его светиться.

Таким образом, что-то вроде следующего является хорошим представлением путешествия одного электрона e в проводе для цепи постоянного тока:

  А o--------💡-----e--o B (+5)
 А о--------💡---е----о Б
 А о--------💡-е------о Б
 А о-------е💡--------о Б
 А о-----е--💡--------о Б
 А о---е----💡--------о Б
 А о-е------💡--------о Б
  

Предполагая, что мое понимание того, как провод переносит постоянный ток, верно, я хотел бы понять, как провод переносит переменный ток.провода 8 метров? Предположим, что на полпути между одним из двух проводов есть переключатель, и просто переведены в положение «включено».

Переменный ток против постоянного тока: урок для детей — видео и расшифровка урока

Постоянный ток

При постоянном токе электроны движутся в одном направлении, от (-) отрицательного к (+) положительному. Это постоянный ток, протекающий непрерывно, пока либо он не выключится, либо его источник питания не иссякнет или не перестанет генерировать энергию.

Постоянный ток течет по простой цепи.

Допустим, мы рассматриваем схему с лампочкой. Как уже отмечалось, постоянный ток течет от отрицательного к положительному, а выключатель действует как ворота для этого потока электронов. Когда он включен, цепь замыкается, позволяя электронам течь. Пройдя через переключатель, электроны устремляются к лампочке. Нить накаливания в лампочке загорается, получая заряд от электронов, которые затем притягиваются к положительной клемме батареи, чтобы снова зарядиться.Этот процесс продолжается до тех пор, пока аккумулятор не разрядится.

Переменный ток

При переменном токе электроны на самом деле не текут, они просто колеблются взад и вперед от отрицательного к положительному и от положительного к отрицательному. Это также не непрерывная вибрация, как постоянный поток в постоянном токе. Электроны вибрируют синхронно или синхронно друг с другом, и это время контролируется изменением скорости генератора. Мы называем эту электрическую синхронизацию Гц .

В США электричество переменного тока вырабатывается с частотой 60 Гц. Электроны вибрируют и сталкиваются друг с другом, перенося свой заряд с положительного на отрицательный и обратно 60 раз в секунду. Это означает, что когда в цепи, работающей от переменного тока, есть лампочка, через нее не проходит постоянный поток положительно заряженных электронов, как это происходит при питании от постоянного тока, поэтому свет также не является постоянным. Он мигает и гаснет для каждого цикла переноса заряда электрона с частотой 60 полных циклов в секунду.Однако это слишком быстро для человеческого глаза, поэтому кажется, что это постоянный свет.

Переменный ток течет по простой цепи.

AC вырабатывается генератором, и его заряд (отрицательный или положительный) течет в обе стороны, как показано синей и красной стрелками на этом изображении. Выключатель и лампочка работают так же, как и в цепи постоянного тока.

При изучении различий в мощности переменного и постоянного тока полезно визуализировать происходящее.Как видно на иллюстрации, сравнивающей их, переменный ток течет по синусоиде, чередуя от отрицательного к положительному, а постоянный ток течет в одном направлении от отрицательного к положительному последовательно и за постоянное время.

Проиллюстрировано протекание переменного и постоянного тока.

Напряжение

Величина силы, с которой движутся электроны, называется напряжением . Многие из наших электрических изделий имеют различные потребности в напряжении.Напряжение переменного тока можно легко изменить с помощью трансформатора, что делает этот ток идеальным для обеспечения электроснабжения наших домов.

Тем не менее, мощность постоянного тока позволяет легко транспортировать электроэнергию в виде батарей, таких как те, которые мы используем в наших мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах, фонариках и даже в наших автомобилях, потому что они не нуждаются в очень высокое напряжение.

Резюме урока

Поток электроэнергии имеет два разных пути движения, или токов .Постоянный ток (DC) представляет собой постоянный поток от отрицательного к положительному, в то время как переменный ток (AC) течет в виде волны, которая колеблется с определенной частотой герц , что означает, что он циклически меняется от отрицательного к положительному определенное количество раз в секунду. Напряжение — это количество силы, используемой для перемещения электрического тока, и его можно регулировать с помощью трансформаторов переменного тока, но не постоянного тока.

Переменный ток — Энергетическое образование

Переменный ток (AC) — это вид электрического тока, вырабатываемый подавляющим большинством электростанций и используемый в большинстве систем распределения электроэнергии.Переменный ток дешевле в производстве и имеет меньшие потери энергии, чем постоянный ток при передаче электроэнергии на большие расстояния. [1] Хотя для очень больших расстояний (более 1000 км) лучше использовать постоянный ток. В отличие от постоянного тока направление и сила переменного тока меняются много раз в секунду.

Свойства

Рис. 1. Анимация из моделирования переменного тока [2] PhET, которое было значительно замедлено.См. постоянный ток для сравнения.

Переменный ток изменит направление потока заряда (60 раз в секунду в Северной Америке (60 Гц) и 50 раз в секунду в Европе (50 Гц)). Обычно это вызвано синусоидальным изменением тока и напряжения, которые меняют направление, создавая периодическое движение тока вперед и назад (см. рис. 1). Несмотря на то, что этот ток течет туда-сюда много раз в секунду, энергия все еще непрерывно течет от силовой установки к электронным устройствам.{2}R [/math]

Однако мощность, передаваемая по линии, имеет другое выражение:

[Математика] P_ {передается} = IV [/ Math]

Как видно в первом уравнении, мощность, потерянная через передачу, пропорциональна квадрату тока через провод. Следовательно, желательно минимизировать ток через провод, чтобы уменьшить потери энергии.Конечно, минимизация сопротивления также уменьшит потери энергии, но ток оказывает гораздо большее влияние на количество потерянной энергии из-за того, что его значение возводится в квадрат. Второе уравнение показывает, что если напряжение увеличивается, ток уменьшается эквивалентно для передачи той же мощности. Следовательно, напряжение в линиях передачи очень высокое, что снижает ток, что, в свою очередь, минимизирует потери энергии при передаче. Вот почему переменный ток предпочтительнее постоянного тока для передачи электроэнергии, так как гораздо дешевле изменить напряжение переменного тока.Однако существует предел, при котором уже не выгодно использовать переменный ток по сравнению с постоянным током (см. Передачу HVDC).

Применение и преимущества

Большинство устройств (например, большие заводские динамо-машины), которые напрямую подключены к электрической сети, работают на переменном токе, а электрические розетки в домах и коммерческих помещениях также подают переменный ток. Устройства, требующие постоянного тока, такие как ноутбуки, обычно имеют адаптер переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный. [5]

Во всем мире предпочтение отдается переменному току, поскольку он имеет много очевидных преимуществ по сравнению с постоянным током. Полное описание различий между ними см. в разделе AC и DC. Некоторые преимущества: [6]

  • Дешевое и эффективное изменение напряжения с помощью трансформаторов. Как объяснялось выше, это обеспечивает энергоэффективную передачу электроэнергии по линиям электропередач. Эта эффективная трансмиссия экономит энергетическим компаниям и потребителям много денег и помогает снизить загрязнение окружающей среды, поскольку электростанциям не нужно компенсировать потери электроэнергии за счет использования большего количества топлива.
  • Низкие затраты на техническое обслуживание высокоскоростных двигателей переменного тока.
  • Легко отключить ток (например, с помощью автоматического выключателя) благодаря тому, что ток естественным образом обнуляется каждые 1/2 цикла. Например, автоматический выключатель может прерывать около 1/20 постоянного тока по сравнению с переменным током.

Моделирование фетиша

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet, которая исследует, как работает переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Ссылки

Что такое поток электронов?

Что такое поток электронов?

Что такое поток электронов?

Поток электронов — это то, что мы называем электрическим током.Мы знакомы с двумя типами потока электронов, постоянным током или постоянным током и переменным током, или переменного тока. Постоянный ток — это вид электрического потока, который мы получаем от батарей. и солнечные элементы, когда электроны движутся только в одном направлении. С другой С другой стороны, переменный ток — это вид электрического потока, который мы получаем от обычной электрической розетки. в доме. Переменный ток — это когда электроны текут в двух направлениях, от положительного к отрицательной клемме и от отрицательной к положительной клемме, «чередуя» между двумя направлениями.(Ваши огни загорятся независимо от направление потока электронов.)

Многие думают, что поток электронов — это электроны, свободно движущиеся по проводу. как машины едут по шоссе. На самом деле это работает немного по-другому. Любой дирижер (то, через что может пройти электричество) состоит из атомов. Каждый атом имеет электроны в этом. Если вы поместите новые электроны в проводник, они присоединятся к атомам, и каждый атом выплюнет электрон следующему атому.Этот следующий атом принимает электрон и выплевывает другой с другой стороны.

Все это происходит быстрее, чем мы можем уследить, поэтому свет будет продолжаться, как только вы включите его.


Как делать солнечные концентраторы работают?
Как работают солнечные панели преобразуют энергию Солнца в электричество?
Что такое батареи?

Что такое цепь?
Что такое электрон?
Что такое поток электронов?
Как работают аккумуляторы работай?
Что значит электрически заряженный?

Как солнечные панели сделаны?


Переменный ток для центров обработки данных — Raritan

В этом видеоролике подробно демонстрируется переменный ток с однофазным питанием и приводятся конкретные примеры.В переменном токе электроны не движутся только в одном направлении. Вместо этого они какое-то время прыгают от атома к атому в одном направлении, а затем разворачиваются и прыгают от атома к атому в противоположном направлении. Время от времени электроны меняют направление. В переменном токе электроны не движутся равномерно вперед. Вместо этого они просто двигаются вперед и назад.

 

 Дополнительные ресурсы Raritan


Расшифровка:
Добро пожаловать в этот видеокурс по электропитанию в центре обработки данных применительно к стойкам центра обработки данных.

Как мы покажем в другом видеоролике, питание, поступающее в центр обработки данных, обычно представляет собой 3-фазное питание переменного тока, которое чаще называют 3-фазным питанием переменного тока.

Важно понимать, как работает переменный ток, чтобы иметь возможность оценить тот факт, что трехфазная мощность на самом деле представляет собой три линии, отстоящие друг от друга на 120 градусов. Эта концепция смущает многих людей, поэтому, чтобы последнее предложение имело смысл, давайте начнем с того, как ток движется в однофазной сети.

Здесь, на верхнем рисунке, у нас есть магнит. Северный полюс — это положительно заряженный полюс, а южный полюс — отрицательно заряженный полюс. И рядом с этим магнитом у нас есть медный кабель. Медь используется, потому что у нее есть электрон, который легко перемещается.

Я не буду вдаваться в основы химии 101, где говорится о ядре, электронах и их функционировании. Позвольте мне просто заявить на простом уровне, что требуется очень небольшая сила, чтобы отодвинуть электрон от ядра в атоме меди.Вот почему медь является отличным проводником электроэнергии.

Магнитные силы притягивают положительные и отрицательные стороны. Если у вас есть два магнита, и вы держите положительные концы близко друг к другу и отпускаете магниты, они будут отталкиваться друг от друга. Если вы держите позитив и негатив близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Электроны заряжены отрицательно. Поэтому они притягиваются к положительной части магнита и отталкиваются от отрицательной части магнита.

Когда мы помещаем магнит рядом с медным проводом или медной катушкой, магнитная сила достаточно сильна, чтобы начать движение медных электронов. Ближайший к положительному полюсу магнита электрон хочет приблизиться еще ближе. И тот, что рядом с ним, хочет заполнить пустоту, которую только что оставил тот первый, а тот, что за ним, заполняет следующую пустоту, и в медной проволоке начинается цепная реакция.

В этом упрощенном примере я показываю только один конец медного [провода] вместо петли.В куске медной проволоки миллионы таких электронов. Когда электроны движутся, они генерируют ток. Более толстая проволока будет иметь больше меди, а это означает, что в ней будет больше электронов, генерирующих ток.

Если положительно заряженная часть магнита находится непосредственно рядом с медным кабелем, электроны будут двигаться к магниту с максимальной скоростью. Альтернативная часть заключается в том, что если отрицательно заряженная часть магнита находится непосредственно рядом с медным кабелем, электроны будут удаляться от магнита с максимальной скоростью.

Теперь давайте возьмем этот магнит и начнем вращать его по часовой стрелке. Магнит расположен перпендикулярно проводу. Обратите внимание, что отрицательный и положительный полюса магнита находятся на одинаковом расстоянии от медного провода. Сила притяжения положительного полюса уравновешивается силой отталкивания отрицательного полюса. Это означает, что электроны не движутся, поэтому ток не генерируется. Ток выражается в амперах или амперах, поэтому генерируемые здесь амперы равны нулю.

Если мы повернем магнит еще на 90 градусов, мы получим южный полюс магнита рядом с проводом.Эта отрицательно заряженная часть магнита теперь отталкивает электроны, и они движутся в противоположном направлении от магнита.

Сила движения электронов от одного атома меди к другому либо к положительному заряду, либо от отрицательного заряда вызывает ток.

Переменный ток — это ток, протекающий в одном направлении, достигающий максимальной силы, замедляющийся до остановки, а затем изменяющий направление до достижения другой максимальной силы, после чего он замедляется и снова останавливается.Один полный цикл — от нуля до максимального положительного значения, обратно до нуля, до максимального отрицательного значения и снова до нуля. Это называется Герц.

В Северной Америке у нас 60 герц в секунду, а большая часть остального мира использует 50 герц в секунду. Многие люди видят плюсы и минусы, типа плюс 2,3 ампера и минус 2,3 ампера, и путаются и думают, что одно компенсирует другое. Это не так. Положительные и отрицательные числа используются для отображения движения тока.

Ток вызван движением электронов, и не имеет значения, в каком направлении они движутся.

Вот простая аналогия. Подумайте о том, чтобы выйти из дома, сесть в машину и проехать через квартал. Автомобиль стартует с нуля и разгоняется до 30 миль или 30 километров в час. Вы знаете, что в конце квартала есть знак «стоп», поэтому вы начинаете замедляться и в конце концов останавливаетесь. Теперь давайте предположим, что вы что-то забыли дома, и решили сделать резервную копию того же расстояния, которое вы только что преодолели. Вы снова ускоряетесь до 30, а затем начинаете замедляться, приближаясь к дому, пока не остановитесь.

Вы только что преодолели нулевое расстояние? Конечно, нет.Вы преодолели двойную длину квартала, в котором живете, даже несмотря на то, что теперь вы вернулись в исходную точку. Вы просто чередовали направления, в которых путешествовали. В нашем примере с автомобилем вы двигаетесь вперед и назад, но с медным проводом электроны движутся к положительным и удаляются от отрицательных магнитных сил. Вращая магнит, мы заставляем направление этого движения двигаться вперед и назад. Но называть его обратным и прямым током звучит неправильно, поэтому мы просто называем его переменным током.

Амперметр измеряет силу тока или силу тока в линии. Некоторые будут показывать положительные и отрицательные значения, а другие нет. Другой метод измерения тока заключается в использовании цифрового осциллографа. На многих диаграммах отображаются положительные и отрицательные числа, отражающие направление тока. Помните, плюс 2,3 ампера обеспечивает такую ​​же силу тока, как и минус 2,3 ампера.

Позвольте мне повторить это критическое заявление. Ток вызван движением электронов, и не имеет значения, в каком направлении они движутся.

В то время как приведенные выше примеры вращения магнита верны, и Ниагарский водопад в США вырабатывает электричество таким образом, другие электроэнергетические предприятия используют тот же принцип, но генерируют ток, вращая медную катушку внутри магнитного поля. Когда катушка вращается, электроны движутся вперед и назад.

На рисунке показана простая рукоятка, но коммунальные предприятия используют внешний источник энергии, такой как пар угольных или газовых электростанций, чтобы заставить электрическую катушку вращаться внутри магнитного поля.

И последнее замечание: со времен экспериментов Бена Франклина с электричеством обычно используется утверждение о токе, что он течет в направлении, противоположном движению электронов.

Переменный ток — MagLab

Переменный ток ведет себя по-разному, в зависимости от того, какие компоненты находятся в цепи.

Переменный ток (AC) — это электрический ток, который циклически меняет направление, в отличие от постоянного тока (DC), который всегда движется одним и тем же путем, как, например, в случае с чем-либо, питающимся от батареи.Переменный ток — это ток, протекающий по электрическим проводам и приборам в вашем доме. Величина переменного тока меняется, увеличиваясь от нуля до положительного максимума, а затем снова уменьшаясь до нуля, прежде чем изменение направления тока приведет к тому, что ток постепенно достигнет отрицательного максимума, а затем снова вернется к нулю. Количество раз, когда переменный ток повторяет полный цикл в секунду, составляет частоту , а максимум, которого ток достигает в любом направлении, составляет его амплитуду .Форма волны силовой цепи переменного тока представляет собой синусоиду.

Размещение различных компонентов в цепи, питаемой от источника переменного тока, может повлиять на синусоидальные волны тока и напряжения в цепи, которые вызывают протекание тока, как показано в этом руководстве. Ниже показана простая схема с источником питания переменного тока. Идеальный Резистор , Конденсатор или Катушка индуктивности могут быть размещены в цепи, выполнив соответствующий выбор в раскрывающемся меню Choose a Component .Напряжение (измеряемое в вольтах) и ток (измеряемый в амперах) в цепи колеблются из-за переменного тока, как видно из показаний счетчиков в цепи.

Взаимосвязь между напряжением и током дополнительно подчеркивается векторной диаграммой в левом нижнем углу, которая показывает их колебания в виде вращающихся векторов. Когда вектор направлен вверх по оси y, напряжение или ток достигли своего положительного максимального значения, а когда он направлен вниз по той же оси, достигнут отрицательный максимум.Горизонтальная ось X указывает на нулевое значение. В правом нижнем углу окна учебного пособия график показывает амплитуду (ось Y) как напряжения, так и тока во времени (ось X). Наблюдайте за изменениями на диаграмме и графике при размещении в цепи различных компонентов.

Когда цепь содержит только чистый резистор, ток и напряжение постоянно находятся в фазе друг с другом. Однако, когда в цепи находится чистый конденсатор, ток достигает своего максимального пика, когда напряжение равно нулю; в этом случае говорят, что ток опережает напряжение на 90 градусов.Если выбран чистый индуктор, происходит обратное: напряжение опережает ток на 90 градусов. Конечно, чистое сопротивление, емкость и индуктивность обычно не встречаются в реальных приложениях. В результате различия в фазовом соотношении между током и напряжением могут значительно отличаться от идеализированного соотношения, представленного в учебном пособии.

Вы можете настроить скорость этой интерактивной анимации с помощью ползунка Applet Speed ​​.

0 comments on “Как течет переменный ток: Понятие о переменном токе — Основы электроники

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.