Відмінність постійного струму від змінного

1. Історія змінного і постійного електричного струму
2. Як з'являється електричний струм
3. Електричний струм в дійсності
4. Приклади використання змінного і постійного струму

Спочатку люди не знали, що таке струм. Був відомий статичний заряд, але ніхто не розумів і не усвідомлював природи електрики. Знадобилися довгі століття, поки Кулон розробив власну теорію, а німецький священик фон Клейн виявив, що банку здатна запасати енергію. На той час, як Ван де Грааф створив перший генератор, будь вже знав, в чому відмінність постійного струму від змінного.

Історія змінного і постійного електричного струму

З давніх-давен, наприклад, люди бачили, що кристал турмаліну притягує попіл. До речі, властивості п'єзоелектрики вперше описані саме на прикладі турмаліну.

Порівняння типів струму

В початку 19-го століття було показано, що нагрітий кристал набуває електричний заряд. За рахунок деформації утворилися два полюси:

• Південний (аналогічний).
• Північний (антілогіческій).

Причому якщо температура після нагрівання залишається постійною, електрику зникає. Потім поява полюсів відзначається вже при охолодженні. Виходить, кристал турмаліну при зміні температури виробляє електрику. Подальші дослідження показали, що розмір потенціалу залежить від:

1. Поперечного перерізу кристала (зрізу впоперек полюсів).
2. Різниці температур.

Інші фактори впливу на величину заряду не роблять. Зазначене явище отримало назву Піроелектрика. Діелектрик турмалін потихеньку заряджався від струму, поточного всередині. А заряд залишався на місці (певні ділянки поверхні) через ізолюючих властивостей. Ще не замкнути полюса турмаліну провідником, кристал продовжить збирати заряд у міру зміни температури. Лінію, що об'єднує полюса, назвали піроелектричного віссю.

П'єзоелектрика відкрито відомої парою Кюрі на основі турмаліну в 1880 році. Усвідомлювалася, що при зміні розмірів кристала почнуть вироблятися заряди, залишилося лише придумати методику для проведення досвіду. Кюрі використовував для цього статичний тиск звичайної маси. Експеримент проводиться на ізолюючої поверхні. Наприклад, маса в 1 кг викликає поява в кристалі турмаліну електричного заряду в межах п'яти сотих статичних одиниць.

Електричний струм

Як з'являється електричний струм

Цікаво, що струнка теорія за описаним явища ще не створена. Важливо вказівку, що в природі присутні заряди, одержувані різними методами. Під час грози це відбувається за рахунок сил тертя повітряних мас, молекул вологи і інших явищ. Земля заряджена негативно, вгору постійно тече струм через атмосферу. Струмом називається рух носіїв заряду в силу якихось причин. Наприклад, різниці потенціалів - перепад в рівні носіїв між двома точками простору.

Порівняємо з напором води. Коли перешкода усувається, потік рине в напрямку меншого тиску. Тепер візьмемо аналогію з кристалом турмаліну. Припустимо, з'явилися на його кінцях заряди. Далі буде потрібно викликати рух, наприклад, мідної жилкою дроти. Об'єднаймо полюса, і потече електричний струм. Рух носіїв продовжиться, поки потенціал не зрівняється. При цьому кристал розряджається.

Про змінності або сталості струму не можна сказати в ході зазначеного ході процесу. Змінний і постійний струм є фізичними ідеалами, а використовуються в силу відносної простоти отримання математичних моделей і управління за допомогою них технологічним обладнанням.

1. Під постійним струмом розуміється такий, коли носії течуть в єдиному напрямку. Кількість через перетин середовища неоднаково. У більш широкому сенсі постійним (випрямленою) струмом називається саме рух носіїв заряду в одному напрямку. Але вихідне поняття у фізиці вимагає строгих умов. Струм утворюється саме постійною кількістю носіїв, що рухаються в загальному напрямку. Причому носії ці позитивні (що суперечить практиці, де в якості таких розглядаються електрони здебільшого).

   Принцип змінного струму

2. Змінним струмом називається не просто той, де носії рухаються поперемінно в різних напрямках, а роблять це в такт. Половину періоду хвиля біжить вліво, а другу вправо, образно кажучи. Щільність носіїв змінюється за законом синусоїди. Власне, це графік, що відображає поведінку процесу. У точках переходу через нуль струм відсутній. У мережі відбувається 100 разів на секунду. Отже, половина періоду випадає на рух носіїв в позитивному напрямку, а друга - в негативному. Всього повних циклів в секунду утворюється 50, що відповідає мережевий частоті 50 Гц.

Електричний струм в дійсності

На практиці форма струму (залежність щільності зарядів від часу) не синусоїдальну характеристику. З різних причин вид графіка спотворюється. Це, наприклад, відбувається при запуску обладнання та зупинці, через наведених перешкод різної природи. Форма змінного і постійного струму спотворюється. Причому давно встановлено, що це шкодить апаратурі. Для боротьби з подібною напастю були потрібні методи, і математики придумали спектральний аналіз.

Коливання будь-якої форми можливо представити у вигляді суми з різною питомою вагою найпростіших синусоид різної частоти. Виходить, що по ланцюгу рухається одночасно маса складових, в сукупності дають струм. Причому не обов'язково всі складові рухаються заодно з основною масою. Уявімо елементи як групу мурах, кожен тягне в свою сторону, а результуючий ефект змушує вантаж переміщатися лише в одну. Згадаємо, що крім коефіцієнта (амплітуди) кожна складова має фазою (напрямком), а іменується гармонікою.

Схема постійного струму

Каскади техніки влаштовані так, щоб корисні частоти (переважно 50 Гц) проходили всередину приладу, а інше йшло на землю. Вказана ознака для вирішення труднощі, згаданого на початку. Будь-яке коливання представляється у вигляді набору корисних і шкідливих сигналів, виходячи з цього, апаратуру покладається конструювати належним чином. Наприклад, на описаному принципі працюють всі приймачі: вибірково пропускають струм потрібної частоти. Так вдається відрізати перешкоди, а хвиля передається з мінімальними спотвореннями на великі відстані.

Приклади використання змінного і постійного струму

Приблизно постійним вважається струм розряду автомобільного акумулятора. Напруга тут поступово падає, а тому навіть при однаковому навантаженні ефект різниться хронометрично. В цілому, відбувається це плавно. Струм тече в одному напрямку і проявляє приблизно постійну щільність. Аналогічно працюють:

1. Акумулятор стільникового телефону.
2. Батарейка будь-якого типу.
3. Акумулятор харчування ноутбуків.

У природі джерел постійного струму (генераторів), за винятком матінки-Землі, немає. Людині набагато зручніше створювати ротори, які, обертаючись з конкретною частотою, створюють умови для освіти в котушках статора змінного електричного струму. Потім промислова частота 50 Гц проходить по дротах і через підстанцію подається на споживача.

Джерелом постійного струму припустимо вважати адаптери. Це пристрої, що виконують перетворення змінного струму в постійний. Припустимо, у стільникових телефонів це +5 В, а для мобільних рацій характерний великий розкид. Пристрій постійного струму може функціонувати виключно від номіналу, для якого сконструйовано. В іншому випадку або працездатність порушується, або - при великих відхиленнях - можливий повний вихід з ладу.

Це стосується і змінного, і постійного струму. Тепер прийшла пора сказати, що в промисловості перетворення постійного струму в змінний і назад не практикується. З міркувань економії двигуни працюють від трьох фаз. Кожна вважається змінним струмом частоти 50 Гц. Говорили вище, що у будь-який гармоніки присутній фаза. В даному випадку фаза дорівнює 120 градусів. А коло утворюється за рахунок 360 градусів. Виходить, що три фази одно відстоять один від одного. При подібному розкладі генераторів ГЕС легше виробляти енергію, що надходить в будинку в незмінному вигляді. Але в квартиру заходить єдина фаза змінного струму.

Тому побутові прилади за внутрішньою будовою сильно відрізняються від промислових. Важливими визнаються параметри змінного струму. У будь-якій державі вони стандартизовані і чітко витримуються. До параметрів змінного струму відносять:

1. Чинне значення напруги - викликає в звичайному провіднику постійне ідентичного номіналу. Чинне значення нижче амплітуди в корінь з двох разів або близько до зазначеного. Вимоги для РФ становлять 220-230 В плюс-мінус 10% від номіналу.
2. До частоті змінного струму пред'являються підвищені суворі вимоги. Межа відхилень від 50 Гц вимірюється десятими частками відсотка. Тому стабілізації руху вала на ГЕС приділяється стільки уваги. Від швидкості його обертання залежить параметр.
3. Нелінійні спотворення вважаються окремою темою. Вимог безліч, визначитися непросто. Особливо суворо нормуються гармоніки основної частоти, наприклад: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подібні вимоги пред'являються і до параметрів постійного струму. Припустимо, відомі автомобільні акумулятори в дійсності включають в арсенал не 12, а 14 В. У міру розряду вольтаж падає. Якщо на акумуляторі зареєстровано напруга 11,9 В, банку вважається вийшла з ладу. Пропонуємо уважно читати інструкції. Доповнимо: у окремих ноутбуках присутній заряд дбайливого споживання заряду акумулятора. У цьому випадку рівень підтримується в рамках двох третин від повного. Вважається, що тоді батарея прослужить довше.

Отже, вимоги спрямовані на підтримку довгого і правильного функціонування обладнання. Параметри постійного і змінного струму вважаються чинником, що визначає надійність і працездатність системи.