Šiuolaikiniame pasaulyje kiekvienas žmogus nuo vaikystės susiduria su elektra. Pirmasis šio gamtos reiškinio paminėjimas datuojamas filosofų Aristotelio ir Talio laikais, kuriuos suintrigavo nuostabios ir paslaptingos elektros srovės savybės. Tačiau tik XVII amžiuje didieji mokslo protai pradėjo eilę atradimų apie elektros energiją, kurie tęsiasi iki šiol.
Elektros srovės atradimas ir Michaelo Faradėjaus 1831 m. sukurtas pirmasis pasaulyje generatorius radikaliai pakeitė žmogaus gyvenimą. Esame įpratę, kad mūsų gyvenimą palengvina elektros energiją naudojantys įrenginiai, tačiau iki šiol dauguma žmonių šio svarbaus reiškinio nesuvokia. Norėdami pradėti, norint suprasti pagrindinius elektros energijos principus, būtina išstudijuoti du pagrindinius apibrėžimus: elektros srovę ir įtampą.
Turinys
Kas yra elektros srovė ir įtampa
Elektra yra tvarkingas įkrautų dalelių judėjimas (elektros krūvio nešėjai). Elektros srovės nešėjai yra elektronai (metaluose ir dujose), katijonai ir anijonai (elektrolituose), skylės esant elektronų skylių laidumui. Šis reiškinys pasireiškia magnetinio lauko sukūrimu, cheminės sudėties pasikeitimu arba laidininkų kaitinimu. Pagrindinės srovės charakteristikos yra šios:
- srovės stiprumas, nustatytas pagal Ohmo dėsnį ir matuojamas amperais (BET), formulėse žymimas raide I;
- galia, pagal Džaulio-Lenco dėsnį, matuojama vatais (antradienis), žymimas raide P;
- dažnis, matuojamas hercais (Hz).
Elektros srovė, kaip energijos nešiklis, naudojama mechaninei energijai gauti naudojant elektros variklius, šiluminei energijai gauti šildymo prietaisuose, elektrinio suvirinimo ir šildytuvuose, įvairių dažnių elektromagnetinėms bangoms sužadinti, magnetiniam laukui elektromagnetuose sukurti ir šviesai gauti. energija apšvietimo įtaisuose ir įvairiose lempose. .
Įtampa yra darbas, kurį atlieka elektrinis laukas judinant 1 pakabuko krūvį (Cl) iš vieno laidininko taško į kitą. Remiantis šiuo apibrėžimu, vis dar sunku suprasti, kas yra stresas.
Kad įkrautos dalelės judėtų iš vieno poliaus į kitą, tarp šių polių būtina sukurti potencialų skirtumą (Tai vadinama įtampa.). Įtampos vienetas yra voltas (AT).
Norint pagaliau suprasti elektros srovės ir įtampos apibrėžimą, galima pateikti įdomią analogiją: įsivaizduokite, kad elektros krūvis yra vanduo, tada vandens slėgis kolonėlėje yra įtampa, o vandens tekėjimo vamzdyje greitis. yra elektros srovės stiprumas. Kuo didesnė įtampa, tuo didesnė elektros srovė.
Kas yra kintamoji srovė
Jei pakeisite potencialų poliškumą, pasikeis elektros srovės tekėjimo kryptis. Būtent ši srovė vadinama kintamąja. Krypties pasikeitimų skaičius per tam tikrą laikotarpį vadinamas dažniu ir matuojamas, kaip minėta aukščiau, hercais (Hz). Pavyzdžiui, mūsų šalies standartiniame elektros tinkle dažnis yra 50 Hz, tai yra, srovės judėjimo kryptis keičiasi 50 kartų per sekundę.
Kas yra nuolatinė srovė
Kai tvarkingas įkrautų dalelių judėjimas visada turi tik vieną kryptį, tada tokia srovė vadinama pastovia. Nuolatinė srovė atsiranda pastovios įtampos tinkle, kai krūvių poliškumas vienoje ir kitoje pusėje laikui bėgant yra pastovus. Jis labai dažnai naudojamas įvairiuose elektroniniuose įrenginiuose ir technologijose, kai nereikalingas energijos perdavimas dideliu atstumu.
Elektros srovės šaltiniai
Elektros srovės šaltinis paprastai vadinamas įtaisu arba įtaisu, kuriuo grandinėje galima sukurti elektros srovę. Tokie įrenginiai gali sukurti tiek kintamąją, tiek nuolatinę srovę. Pagal elektros srovės kūrimo būdą jie skirstomi į mechaninius, lengvuosius, terminius ir cheminius.
Mechaninis Elektros srovės šaltiniai mechaninę energiją paverčia elektros energija.Šios įrangos yra įvairių. generatoriai, kurios dėl elektromagneto sukimosi aplink asinchroninių variklių ritę sukuria kintamąją elektros srovę.
šviesa šaltiniai konvertuoja fotonų energiją (šviesos energija) į elektros energiją. Jie naudoja puslaidininkių savybę generuoti įtampą, kai yra veikiami šviesos srauto. Saulės baterijos yra vienas iš tokių įrenginių.
Šiluminis - šilumos energiją paversti elektra dėl temperatūrų skirtumo tarp dviejų kontaktuojančių puslaidininkių porų – termoporų. Srovės dydis tokiuose įrenginiuose yra tiesiogiai susijęs su temperatūros skirtumu: kuo didesnis skirtumas, tuo didesnis srovės stiprumas. Tokie šaltiniai naudojami, pavyzdžiui, geoterminėse elektrinėse.
Cheminis srovės šaltinis gamina elektros energiją dėl cheminių reakcijų. Pavyzdžiui, tokie prietaisai apima įvairių rūšių galvanines baterijas ir akumuliatorius. Galvaninių elementų pagrindu pagaminti srovės šaltiniai dažniausiai naudojami atskiruose įrenginiuose, automobiliuose, technologijose ir yra nuolatinės srovės šaltiniai.
AC konvertavimas į DC
Elektros prietaisai pasaulyje naudoja nuolatinę ir kintamąją srovę. Todėl vieną srovę reikia paversti kita arba atvirkščiai.
Iš kintamosios srovės nuolatinę srovę galima gauti naudojant diodinį tiltelį arba, kaip dar vadinama, „lygintuvu“. Lygintuvo šerdis yra puslaidininkinis diodas, kuris praleidžia elektrą tik viena kryptimi. Po šio diodo srovė nekeičia savo krypties, tačiau atsiranda bangavimas, kuris pašalinamas naudojant kondensatoriai ir kiti filtrai. Lygintuvai yra mechaninių, elektrovakuuminių arba puslaidininkinių versijų.
Priklausomai nuo tokio prietaiso pagaminimo kokybės, srovės bangavimas išėjime turės skirtingą reikšmę, kaip taisyklė, kuo brangesnis ir geresnis įrenginys pagamintas, tuo mažiau pulsuoja ir tuo švaresnė srovė. Tokių įrenginių pavyzdys yra Maitinimo šaltiniai įvairūs prietaisai ir įkrovikliai, įvairių transporto rūšių elektros elektrinių lygintuvai, nuolatinės srovės suvirinimo aparatai ir kt.
Inverteriai naudojami nuolatinei srovei konvertuoti į kintamąją. Tokie prietaisai generuoja kintamąją įtampą su sinusoidu. Yra keletas tokių įrenginių tipų: inverteriai su elektros varikliais, relės ir elektroniniai. Visi jie skiriasi vienas nuo kito išėjimo kintamosios srovės kokybe, kaina ir dydžiu. Tokio įrenginio pavyzdys – nepertraukiamo maitinimo šaltiniai, inverteriai automobiliuose ar, pavyzdžiui, saulės elektrinėse.
Kur jis naudojamas ir kokie yra kintamosios ir nuolatinės srovės pranašumai
Įvairioms užduotims atlikti gali reikėti naudoti kintamą ir nuolatinę srovę. Kiekvienas srovės tipas turi savo privalumų ir trūkumų.
Kintamoji srovė dažniausiai naudojamas, kai reikia perduoti srovę dideliais atstumais. Tokią srovę tikslingiau perduoti galimų nuostolių ir įrangos kainos požiūriu. Štai kodėl dauguma elektros prietaisų ir mechanizmų naudoja tik tokio tipo srovę.
Gyvenamieji namai ir įmonės, infrastruktūros ir transporto objektai yra atokiau nuo elektrinių, todėl visi elektros tinklai yra kintamieji. Tokie tinklai maitina visus buitinius prietaisus, pramonės įrangą, traukinių lokomotyvus. Yra neįtikėtinai daug įrenginių, veikiančių kintamąja srove, ir daug lengviau apibūdinti tuos įrenginius, kurie naudoja nuolatinę srovę.
D.C naudojamas autonominėse sistemose, pvz., automobilių, orlaivių, laivų ar elektrinių traukinių sistemose. Jis plačiai naudojamas įvairios elektronikos mikroschemų maitinimui, ryšių ir kitoje įrangoje, kur reikalaujama kuo labiau sumažinti trikdžių ir pulsacijų kiekį arba juos visiškai pašalinti. Kai kuriais atvejais tokia srovė naudojama elektriniam suvirinimui keitiklių pagalba. Yra net geležinkelio lokomotyvai, kurie veikia nuolatinės srovės sistemomis. Medicinoje tokia srovė naudojama vaistams įvesti į organizmą naudojant elektroforezę, o moksliniais tikslais - atskirti įvairias medžiagas (baltymų elektroforezė ir kt.).
Pavadinimai ant elektros prietaisų ir diagramos
Dažnai reikia nustatyti, kokia srove įrenginys veikia. Juk nuolatine srove veikiantį įrenginį prijungus prie kintamosios srovės elektros tinklo, neišvengiamai atsiras nemalonių pasekmių: įrenginio sugadinimas, gaisras, elektros smūgis. Tam yra visuotinai priimtos konvencijos tokioms sistemoms ir netgi laidų spalviniam kodavimui.
Paprastai ant elektros prietaisų, veikiančių nuolatine srove, nurodoma viena linija, dvi ištisinės linijos arba ištisinė linija kartu su punktyrine linija, esančia viena po kitos. Taip pat tokia srovė pažymėta lotyniškomis raidėmis DC. Teigiamojo laido nuolatinės srovės sistemų laidų elektros izoliacija yra raudona, o neigiama - mėlyna arba juoda.
Elektros aparatuose ir mašinose kintamoji srovė žymima angliška santrumpa AC arba banguota linija. Diagramose ir prietaisų aprašyme jis taip pat pažymėtas dviem eilutėmis: vientisa ir banguota, išdėstyta viena po kita. Laidininkai daugeliu atvejų žymimi taip: fazė yra ruda arba juoda, nulis yra mėlynas, o žemė yra geltonai žalia.
Kodėl kintamoji srovė naudojama dažniau
Aukščiau jau kalbėjome apie tai, kodėl kintamoji srovė šiuo metu naudojama dažniau nei nuolatinė. Ir vis dėlto, pažvelkime į šią problemą išsamiau.
Diskusijos apie tai, kurią srovę naudoti geriau, vyksta nuo atradimų elektros srityje. Yra net toks dalykas kaip „srovių karas“ – Thomaso Edisono ir Nikola Teslos konfrontacija dėl vienos iš srovės rūšių panaudojimo. Kova tarp šių didžiųjų mokslininkų pasekėjų tęsėsi iki 2007 m., kai Niujorko miestas buvo perjungtas į kintamąją srovę iš nuolatinės srovės.
Didžiausia priežastis, kodėl kintamoji srovė naudojama dažniau, yra ta galimybė jį perduoti dideliais atstumais su minimaliais nuostoliais. Kuo didesnis atstumas tarp srovės šaltinio ir galutinio vartotojo, tuo didesnis pasipriešinimas laidai ir šilumos nuostolius jų šildymui.
Norint gauti maksimalią galią, reikia padidinti arba laidų storį (ir taip sumažinti pasipriešinimą) arba padidinkite įtampą.
Kintamosios srovės sistemose galite padidinti įtampą naudojant minimalų laidų storį ir taip sumažinti elektros linijų kainą. Sistemoms su nuolatine srove nėra įperkamų ir veiksmingų būdų padidinti įtampą, todėl tokiems tinklams reikia arba padidinti laidininkų storį, arba pastatyti daugybę mažų elektrinių. Abu šie būdai yra brangūs ir gerokai padidina elektros sąnaudas lyginant su kintamosios srovės tinklais.
Elektros transformatorių pagalba kintamosios srovės įtampa yra efektyvi (efektyvumas iki 99%) galima keisti bet kuria kryptimi nuo minimalių iki maksimalių verčių, o tai taip pat yra vienas iš svarbių kintamosios srovės tinklų privalumų. Trifazės kintamosios srovės sistemos naudojimas dar labiau padidina efektyvumą, o mašinos, tokios kaip varikliai, veikiantys kintamosios srovės maitinimu, yra daug mažesni, pigesni ir lengviau prižiūrimi nei nuolatinės srovės varikliai.
Remiantis tuo, kas išdėstyta, galime daryti išvadą, kad kintamosios srovės naudojimas yra naudingas dideliuose tinkluose ir perduodant elektros energiją dideliais atstumais, o norint tiksliai ir efektyviai veikti elektroninius prietaisus ir autonominius įrenginius, patartina naudoti nuolatinę srovę.
Panašūs straipsniai:
