Στον σύγχρονο κόσμο, κάθε άτομο έχει εκτεθεί στον ηλεκτρισμό από την παιδική του ηλικία. Η πρώτη αναφορά αυτού του φυσικού φαινομένου χρονολογείται από την εποχή των φιλοσόφων Αριστοτέλη και Θαλή, οι οποίοι ενθουσιάστηκαν από τις εκπληκτικές και μυστηριώδεις ιδιότητες του ηλεκτρικού ρεύματος. Αλλά μόνο τον 17ο αιώνα τα μεγάλα επιστημονικά μυαλά ξεκίνησαν μια σειρά ανακαλύψεων σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια που συνεχίζεται μέχρι σήμερα.
Η ανακάλυψη του ηλεκτρικού ρεύματος και η δημιουργία από τον Michael Faraday το 1831 της πρώτης γεννήτριας στον κόσμο άλλαξαν ριζικά την ανθρώπινη ζωή. Έχουμε συνηθίσει το γεγονός ότι η ζωή μας γίνεται πιο εύκολη από συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια, αλλά μέχρι τώρα οι περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν κατανοήσει αυτό το σημαντικό φαινόμενο. Αρχικά, για να κατανοήσουμε τις βασικές αρχές του ηλεκτρισμού, είναι απαραίτητο να μελετήσουμε δύο βασικούς ορισμούς: ηλεκτρικό ρεύμα και τάση.
Περιεχόμενο
Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και τάση
Ηλεκτρική ενέργεια είναι η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων (φορείς ηλεκτρικού φορτίου). Οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι τα ηλεκτρόνια (σε μέταλλα και αέρια), κατιόντα και ανιόντα (σε ηλεκτρολύτες), οπές στην αγωγιμότητα ηλεκτρονίων-οπών. Το φαινόμενο αυτό εκδηλώνεται με τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου, αλλαγή της χημικής σύστασης ή θέρμανση των αγωγών. Τα κύρια χαρακτηριστικά του ρεύματος είναι:
- ένταση ρεύματος, που προσδιορίζεται από το νόμο του Ohm και μετράται σε Amperes (ΑΛΛΑ), στους τύπους συμβολίζεται με το γράμμα I.
- ισχύς, σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz, μετρημένη σε watt (Τρ), που συμβολίζεται με το γράμμα P;
- συχνότητα, μετρημένη σε hertz (Hz).
Το ηλεκτρικό ρεύμα, ως φορέας ενέργειας, χρησιμοποιείται για τη λήψη μηχανικής ενέργειας χρησιμοποιώντας ηλεκτρικούς κινητήρες, για τη λήψη θερμικής ενέργειας σε συσκευές θέρμανσης, ηλεκτροσυγκόλληση και θερμάστρες, για διέγερση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφόρων συχνοτήτων, για δημιουργία μαγνητικού πεδίου σε ηλεκτρομαγνήτες και για λήψη φωτός ενέργεια σε φωτιστικά και διάφορα είδη λαμπτήρων. .
Τάση είναι το έργο που κάνει το ηλεκτρικό πεδίο για να μετακινήσει ένα φορτίο 1 μενταγιόν (Cl) από το ένα σημείο του αγωγού στο άλλο. Με βάση αυτόν τον ορισμό, είναι ακόμα δύσκολο να καταλάβουμε τι είναι το άγχος.
Προκειμένου τα φορτισμένα σωματίδια να μετακινηθούν από τον έναν πόλο στον άλλο, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτών των πόλων (Αυτό είναι που λέγεται ένταση.). Η μονάδα τάσης είναι το βολτ (ΣΤΟ).
Για να κατανοήσουμε τελικά τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος και τάσης, μπορεί να δοθεί μια ενδιαφέρουσα αναλογία: φανταστείτε ότι το ηλεκτρικό φορτίο είναι νερό, τότε η πίεση του νερού στη στήλη είναι η τάση και η ταχύτητα της ροής του νερού στον σωλήνα είναι η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάση, τόσο μεγαλύτερο είναι το ηλεκτρικό ρεύμα.
Τι είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα
Εάν αλλάξετε την πολικότητα των δυναμικών, τότε αλλάζει η κατεύθυνση της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος. Είναι αυτό το ρεύμα που ονομάζεται μεταβλητό. Ο αριθμός των αλλαγών κατεύθυνσης σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο ονομάζεται συχνότητα και μετράται, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, σε hertz (Hz). Για παράδειγμα, σε ένα τυπικό ηλεκτρικό δίκτυο στη χώρα μας, η συχνότητα είναι 50 Hz, δηλαδή η κατεύθυνση της κίνησης του ρεύματος αλλάζει 50 φορές το δευτερόλεπτο.
Τι είναι συνεχές ρεύμα
Όταν η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων έχει πάντα μόνο μία κατεύθυνση, τότε ένα τέτοιο ρεύμα ονομάζεται σταθερό. Συνεχές ρεύμα εμφανίζεται σε ένα δίκτυο σταθερής τάσης όταν η πολικότητα των φορτίων στη μία πλευρά και στην άλλη είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Χρησιμοποιείται πολύ συχνά σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές και τεχνολογία, όταν δεν απαιτείται μετάδοση ενέργειας σε μεγάλη απόσταση.
Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος
Πηγή ηλεκτρικού ρεύματος συνήθως ονομάζεται συσκευή ή συσκευή με την οποία μπορεί να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα. Τέτοιες συσκευές μπορούν να δημιουργήσουν τόσο εναλλασσόμενο ρεύμα όσο και συνεχές ρεύμα. Σύμφωνα με τη μέθοδο δημιουργίας ηλεκτρικού ρεύματος, χωρίζονται σε μηχανικά, ελαφρά, θερμικά και χημικά.
Μηχανικός Οι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική.Αυτοί οι εξοπλισμοί είναι διαφόρων ειδών. γεννήτριες, που λόγω της περιστροφής του ηλεκτρομαγνήτη γύρω από το πηνίο των ασύγχρονων κινητήρων, παράγουν εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα.
φως πηγές μετατρέπουν ενέργεια φωτονίων (ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ) στην ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμοποιούν την ιδιότητα των ημιαγωγών να παράγουν τάση όταν εκτίθενται σε φωτεινή ροή. Τα ηλιακά πάνελ είναι μια τέτοια συσκευή.
Θερμικός - μετατρέπουν τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο ζευγών ημιαγωγών επαφής - θερμοστοιχείων. Το μέγεθος του ρεύματος σε τέτοιες συσκευές σχετίζεται άμεσα με τη διαφορά θερμοκρασίας: όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του ρεύματος. Τέτοιες πηγές χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, σε σταθμούς γεωθερμίας.
Χημική ουσία μια πηγή ρεύματος παράγει ηλεκτρισμό ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, τέτοιες συσκευές περιλαμβάνουν διάφορα είδη γαλβανικών μπαταριών και συσσωρευτών. Οι πηγές ρεύματος που βασίζονται σε γαλβανικές κυψέλες χρησιμοποιούνται συνήθως σε αυτόνομες συσκευές, αυτοκίνητα, τεχνολογία και είναι πηγές συνεχούς ρεύματος.
Μετατροπή AC σε DC
Οι ηλεκτρικές συσκευές στον κόσμο χρησιμοποιούν συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα. Επομένως, υπάρχει ανάγκη μετατροπής ενός ρεύματος σε άλλο ή αντίστροφα.
Από το εναλλασσόμενο ρεύμα, το συνεχές ρεύμα μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας μια γέφυρα διόδου ή, όπως ονομάζεται επίσης, "ανορθωτή". Ο πυρήνας ενός ανορθωτή είναι μια δίοδος ημιαγωγών που μεταφέρει ηλεκτρισμό μόνο προς μία κατεύθυνση. Μετά από αυτή τη δίοδο, το ρεύμα δεν αλλάζει την κατεύθυνσή του, αλλά εμφανίζονται κυματισμοί, οι οποίοι εξαλείφονται με τη βοήθεια του πυκνωτές και άλλα φίλτρα. Οι ανορθωτές διατίθενται σε μηχανικές εκδόσεις, ηλεκτροκενού ή ημιαγωγούς.
Ανάλογα με την ποιότητα κατασκευής μιας τέτοιας συσκευής, ο κυματισμός ρεύματος στην έξοδο θα έχει διαφορετική τιμή, κατά κανόνα, όσο πιο ακριβή και καλύτερη είναι κατασκευασμένη η συσκευή, τόσο λιγότερο κυματισμός και καθαρότερο είναι το ρεύμα. Ένα παράδειγμα τέτοιων συσκευών είναι Τροφοδοτικά διάφορες συσκευές και φορτιστές, ανορθωτές σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σε διάφορους τρόπους μεταφοράς, μηχανές συγκόλλησης συνεχούς ρεύματος και άλλα.
Οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Τέτοιες συσκευές δημιουργούν μια εναλλασσόμενη τάση με ένα ημιτονοειδές. Υπάρχουν διάφοροι τύποι τέτοιων συσκευών: μετατροπείς με ηλεκτρικούς κινητήρες, ρελέ και ηλεκτρονικά. Όλα διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την ποιότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος εξόδου, το κόστος και το μέγεθος. Ένα παράδειγμα τέτοιας συσκευής είναι τα αδιάλειπτα τροφοδοτικά, οι μετατροπείς σε αυτοκίνητα ή, για παράδειγμα, σε σταθμούς ηλιακής ενέργειας.
Πού χρησιμοποιείται και ποια είναι τα πλεονεκτήματα του εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος
Διάφορες εργασίες ενδέχεται να απαιτούν τη χρήση AC και DC. Κάθε τύπος ρεύματος έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται συχνότερα όταν υπάρχει ανάγκη μετάδοσης ρεύματος σε μεγάλες αποστάσεις. Είναι πιο σκόπιμο να μεταδίδεται ένα τέτοιο ρεύμα από την άποψη των πιθανών απωλειών και του κόστους του εξοπλισμού. Γι' αυτό οι περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές και μηχανισμοί χρησιμοποιούν μόνο αυτόν τον τύπο ρεύματος.
Οι κατοικίες και οι επιχειρήσεις, οι υποδομές και οι μεταφορικές εγκαταστάσεις βρίσκονται σε απόσταση από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, επομένως όλα τα ηλεκτρικά δίκτυα είναι AC. Τέτοια δίκτυα τροφοδοτούν όλες τις οικιακές συσκευές, βιομηχανικό εξοπλισμό, ατμομηχανές τρένων. Υπάρχει ένας απίστευτος αριθμός συσκευών που λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα και είναι πολύ πιο εύκολο να περιγράψουμε εκείνες τις συσκευές που χρησιμοποιούν συνεχές ρεύμα.
D.C χρησιμοποιούνται σε αυτόνομα συστήματα, όπως εποχούμενα συστήματα αυτοκινήτων, αεροσκαφών, πλοίων ή ηλεκτρικών τρένων. Χρησιμοποιείται ευρέως στην τροφοδοσία μικροκυκλωμάτων διαφόρων ηλεκτρονικών, σε επικοινωνίες και άλλο εξοπλισμό, όπου απαιτείται η ελαχιστοποίηση της ποσότητας παρεμβολών και κυματισμών ή η πλήρης εξάλειψή τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα τέτοιο ρεύμα χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική συγκόλληση με τη βοήθεια μετατροπέων. Υπάρχουν ακόμη και σιδηροδρομικές ατμομηχανές που λειτουργούν με συστήματα συνεχούς ρεύματος. Στην ιατρική, ένα τέτοιο ρεύμα χρησιμοποιείται για την εισαγωγή φαρμάκων στο σώμα χρησιμοποιώντας ηλεκτροφόρηση και για επιστημονικούς σκοπούς για τον διαχωρισμό διαφόρων ουσιών (ηλεκτροφόρηση πρωτεϊνών κ.λπ.).
Ονομασίες σε ηλεκτρικές συσκευές και διαγράμματα
Συχνά υπάρχει ανάγκη να προσδιοριστεί σε ποιο ρεύμα λειτουργεί η συσκευή. Εξάλλου, η σύνδεση μιας συσκευής που λειτουργεί με συνεχές ρεύμα σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε δυσάρεστες συνέπειες: ζημιά στη συσκευή, πυρκαγιά, ηλεκτροπληξία. Για αυτό, υπάρχουν γενικά αποδεκτά συµβάσεις για τέτοια συστήματα και ακόμη και χρωματική κωδικοποίηση καλωδίων.
Συμβατικά, στις ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν με συνεχές ρεύμα, υποδεικνύονται μια γραμμή, δύο συμπαγείς γραμμές ή μια συμπαγής γραμμή μαζί με μια διακεκομμένη γραμμή, που βρίσκεται η μία κάτω από την άλλη. Επίσης, ένα τέτοιο ρεύμα σημειώνεται με έναν προσδιορισμό με λατινικά γράμματα DC. Η ηλεκτρική μόνωση των καλωδίων στα συστήματα συνεχούς ρεύματος για το θετικό καλώδιο είναι χρωματισμένη με κόκκινο, το αρνητικό καλώδιο μπλε ή μαύρο.
Σε ηλεκτρικές συσκευές και μηχανές, το εναλλασσόμενο ρεύμα υποδεικνύεται με την αγγλική συντομογραφία ΜΕΤΑ ΧΡΙΣΤΟΝ ή κυματιστή γραμμή. Στα διαγράμματα και στην περιγραφή των συσκευών, υποδεικνύεται επίσης με δύο γραμμές: συμπαγή και κυματιστή, που βρίσκονται η μία κάτω από την άλλη. Οι αγωγοί στις περισσότερες περιπτώσεις χαρακτηρίζονται ως εξής: η φάση είναι καφέ ή μαύρη, το μηδέν είναι μπλε και το έδαφος είναι κιτρινοπράσινο.
Γιατί χρησιμοποιείται συχνότερα εναλλασσόμενο ρεύμα
Παραπάνω, έχουμε ήδη μιλήσει για το γιατί το εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται σήμερα πιο συχνά από το συνεχές ρεύμα. Κι όμως, ας δούμε αυτό το θέμα πιο αναλυτικά.
Η συζήτηση για το ποιο ρεύμα να χρησιμοποιηθεί είναι καλύτερο συνεχίζεται από τις ανακαλύψεις στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχει ακόμη και ένας τέτοιος «πόλεμος των ρευμάτων» - η αντιπαράθεση μεταξύ του Τόμας Έντισον και του Νίκολα Τέσλα για τη χρήση ενός από τους τύπους ρεύματος. Ο αγώνας μεταξύ των οπαδών αυτών των μεγάλων επιστημόνων κράτησε μέχρι το 2007, όταν η πόλη της Νέας Υόρκης μετατράπηκε σε εναλλασσόμενο ρεύμα από συνεχές ρεύμα.
Ο μεγαλύτερος λόγος για τον οποίο το AC χρησιμοποιείται πιο συχνά είναι επειδή την ικανότητα μετάδοσης του σε μεγάλες αποστάσεις με ελάχιστες απώλειες. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ της πηγής ρεύματος και του τελικού καταναλωτή, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση σύρματα και θερμικές απώλειες για τη θέρμανση τους.
Για να έχετε τη μέγιστη ισχύ, είναι απαραίτητο να αυξήσετε είτε το πάχος των συρμάτων (και έτσι μειώνουν την αντίσταση), ή αυξήστε την τάση.
Στα συστήματα AC, μπορείτε να αυξήσετε την τάση με ένα ελάχιστο πάχος καλωδίων, μειώνοντας έτσι το κόστος των ηλεκτρικών γραμμών. Για συστήματα με συνεχές ρεύμα, δεν υπάρχουν προσιτές και αποτελεσματικοί τρόποι αύξησης της τάσης και επομένως για τέτοια δίκτυα είναι απαραίτητο είτε να αυξηθεί το πάχος των αγωγών είτε να κατασκευαστεί ένας μεγάλος αριθμός μικρών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Και οι δύο αυτές μέθοδοι είναι ακριβές και αυξάνουν σημαντικά το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας σε σύγκριση με τα δίκτυα AC.
Με τη βοήθεια ηλεκτρικών μετασχηματιστών, η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος είναι αποτελεσματική (με απόδοση έως και 99%) μπορεί να αλλάξει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση από ελάχιστες σε μέγιστες τιμές, κάτι που είναι επίσης ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματα των δικτύων AC. Η χρήση ενός τριφασικού συστήματος AC αυξάνει περαιτέρω την απόδοση και μηχανές όπως οι κινητήρες που λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα είναι πολύ μικρότεροι, φθηνότεροι και ευκολότεροι στη συντήρηση από τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος.
Με βάση τα παραπάνω, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ευεργετική σε μεγάλα δίκτυα και κατά τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις και για ακριβή και αποτελεσματική λειτουργία ηλεκτρονικών συσκευών και αυτόνομων συσκευών, συνιστάται η χρήση συνεχούς ρεύματος.
Παρόμοια άρθρα:
