تعريف وخصائص التيار المباشر. التيار المباشر هو

العاصمة (التيار المباشر) –هذه هي الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة في اتجاه واحد.بعبارة أخرى
تتميز الكميات التيار الكهربائي، مثل الجهد أو التيار، تكون ثابتة في كل من القيمة والاتجاه.

في مصدر تيار مباشر، مثل التقليدي بطارية ايه ايه، تنتقل الإلكترونات من السالب إلى الموجب. لكن تاريخياً، يعتبر الاتجاه الفني للتيار هو الاتجاه من الموجب إلى الناقص.

بالنسبة للتيار المباشر، تنطبق جميع القوانين الأساسية للهندسة الكهربائية، مثل قانون أوم وقوانين كيرشوف.

قصة

في البداية، كان يسمى التيار المباشر بالتيار الجلفاني، حيث تم الحصول عليه لأول مرة باستخدام تفاعل كلفاني. ثم، في نهاية القرن التاسع عشر، حاول توماس إديسون تنظيم نقل التيار المباشر عبر خطوط الكهرباء. وفي نفس الوقت ما يسمى ب "حرب التيارات"، حيث كان هناك خيار باعتباره التيار الرئيسي بين بالتناوب والمباشر. ولسوء الحظ، فإن التيار المباشر "خسر" هذه "الحرب" لأنه، على عكس التيار المتردد، يعاني التيار المباشر من خسائر كبيرة في الطاقة عندما ينتقل عبر المسافات. من السهل تحويل التيار المتردد وبفضل ذلك يمكن نقله عبر مسافات شاسعة.

إمدادات الطاقة العاصمة

يمكن أن تكون مصادر التيار المباشر بطاريات أو مصادر أخرى يظهر فيها التيار نتيجة تفاعل كيميائي (على سبيل المثال، بطارية AA).

أيضا، يمكن أن تكون مصادر التيار المباشر مولد تيار مباشر، حيث يتم إنشاء التيار بسبب
ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ومن ثم تصحيحها باستخدام المجمع.

يمكن الحصول على التيار المباشر عن طريق تصحيح التيار المتردد. هناك مقومات ومحولات مختلفة لهذا الغرض.

طلب

يستخدم التيار المباشر على نطاق واسع في المخططات الكهربائيةوالأجهزة. على سبيل المثال، في المنزل، تعمل معظم الأجهزة، مثل المودم أو شاحن الهاتف الخليوي، على تيار مستمر. يقوم مولد السيارة بإنتاج وتحويل التيار المباشر لشحن البطارية. يتم تشغيل أي جهاز محمول بواسطة مصدر تيار مستمر.

في الصناعة، يتم استخدام التيار المباشر في الآلات التي تعمل بالتيار المباشر، مثل المحركات، أو المولدات. في بعض البلدان، توجد خطوط كهرباء ذات جهد عالٍ تعمل بالتيار المستمر.

كما وجد التيار المباشر تطبيقه في الطب، على سبيل المثال في الرحلان الكهربائي، وهو إجراء علاجي باستخدام التيار الكهربائي.

في النقل بالسكك الحديديةبالإضافة إلى التيار المتردد، يتم استخدام التيار المباشر أيضا. وذلك لأن محركات الجر، التي لها خصائص ميكانيكية أكثر صلابة من المحركات التحريضية، هي محركات تعمل بالتيار المستمر.

التأثير على جسم الإنسان

التيار المباشر، على عكس التيار المتردد، هو أكثر أمانا للبشر. على سبيل المثال، التيار القاتل للإنسان هو 300 مللي أمبير إذا كان تيارًا مباشرًا، وإذا كان تيارًا مترددًا بتردد 50 هرتز، فهو 50-100 مللي أمبير.

التيار المباشر هو تيار له اتجاه واحد وحجم واحد.

بيانيا، التيار المباشر هو خط مستقيم.

طبيعة التيار الكهربائي

الموصلات هي النحاس والألومنيوم والصلب والفضة والمعادن الأخرى. لديهم الكثير من الإلكترونات الحرة. ولذلك فهي موصلة للكهرباء بشكل جيد. يتم استخدامها كأسلاك وتسمى الموصلات.

تحتوي الموصلات على العديد من الإلكترونات الحرة. إذا كانت الدائرة الكهربائية مفتوحة، فإن الإلكترونات الحرة في الموصلات تكون في حركة فوضوية.

دعونا نغلق الدائرة الكهربائية. أشكال المصدر الحالي في الدائرة الكهربائية المجال الكهربائيالذي يتفاعل مع المجالات الكهربائية لكل إلكترون. ونتيجة لذلك، سوف تتحرك الإلكترونات الحرة في اتجاه واحد.

خاتمة:التيار الكهربائي في الموصلات هو تدفق موجه للإلكترونات الحرة.

اتجاه التيار الكهربائي

التيار الكهربائي هو تدفق مغلق للإلكترونات. ليس لها بداية ولا نهاية.

السؤال الذي يطرح نفسه هو أين تظهر دائرة التيار الكهربائي.

يمكن أن يكون هناك العديد من المستهلكين في الدائرة، ولكن عادة ما يكون هناك مصدر تيار واحد فقط، ولهذا السبب من المعتاد إظهار الدائرة الحالية من خرج المصدر الحالي إلى مخرج آخر.

هناك اتجاهين للتيار الكهربائي

1. الاتجاه الصحيح. وهذا هو الاتجاه من ناقص المصدر إلى زائده. وتسير الإلكترونات في هذا الاتجاه، لذلك يسمى الاتجاه صحيحًا.

2. التوجيه الفني

الاتجاه الفني هو عكس الصحيح. وهذا هو الاتجاه من موجب المصدر إلى ناقصه.

نشأ الاتجاه الفني تاريخيا. عندما لم يعرف الناس طبيعة التيار، أثبتوا أن الجميع يظهرون بنفس الطريقة من الموجب إلى الناقص. وعندما علمنا أن التيار هو عبارة عن تدفق للإلكترونات يتحرك من السالب إلى الموجب قررنا أن نترك هذا الاتجاه ونسميه تقنيًا ونستخدمه في التكنولوجيا.

السؤال الذي يطرح نفسه متى وفي أي اتجاه يجب استخدامه.

عندما يتعلق الأمر بطبيعة التيار، تحتاج إلى استخدام الاتجاه الحقيقي. وفي حالات أخرى، يستخدمون التوجيه الفني.

هل سيكون هناك أي سوء فهم؟

لن يكون ذلك لأنه في التكنولوجيا، ما يهم هو الدائرة الكهربائية وليس اتجاه التيار فيها.

في البداية، دعونا نعطي تعريفا موجزا للتيار الكهربائي. التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة (الموجهة) للجزيئات المشحونة. حاضِرهي حركة الإلكترونات في الموصل، الجهد االكهربى- وهذا ما يحركها (الإلكترونات).

الآن دعونا نلقي نظرة على مفاهيم مثل ثابت و تكييفوتحديد الاختلافات الجوهرية بينهما.

الفرق بين التيار المباشر والتيار المتناوب

السمة الرئيسية للجهد الثابت هي أنه ثابت من حيث الحجم والإشارة. "يتدفق" التيار المباشر في اتجاه واحد طوال الوقت. على سبيل المثال، على طول الأسلاك المعدنية من الطرف الموجب لمصدر الجهد إلى الطرف السالب (في الإلكتروليتات يتم إنشاؤه بواسطة الأيونات الموجبة والسالبة). تتحرك الإلكترونات نفسها من ناقص إلى زائد، ولكن حتى قبل اكتشاف الإلكترون، اتفقوا على افتراض أن التيار يتدفق من زائد إلى ناقص وما زالوا ملتزمين بهذه القاعدة في الحسابات.

كيف يختلف التيار المتردد (الجهد) عن التيار المباشر؟ ويترتب على الاسم نفسه أنه يتغير. ولكن - كيف بالضبط؟ يتغير التيار المتردد خلال فترة زمنية سواء من حيث حجمه أو اتجاه حركة الإلكترونات. في مآخذنا المنزلية، هذا تيار ذو تذبذبات جيبية (توافقية) بتردد 50 هرتز (50 ذبذبة في الثانية).

وإذا نظرنا إلى دائرة مغلقة باستخدام مثال المصباح الكهربائي، نحصل على ما يلي:

• مع تيار ثابت، ستتدفق الإلكترونات دائمًا عبر المصباح الكهربائي في اتجاه واحد من (-) ناقص إلى (+) زائد
• بالتناوب، سيتغير اتجاه حركة الإلكترونات اعتمادًا على تردد المولد. على سبيل المثال، إذا كان تردد التيار المتردد في شبكتنا هو 50 هرتز، فإن اتجاه حركة الإلكترون سيتغير 100 مرة في ثانية واحدة. وبالتالي، تتغير أماكن + و- في المقبس الخاص بنا مائة مرة في الثانية (وهذا هو السبب في أنه يمكننا توصيل قابس كهربائي بالمقبس رأسًا على عقب وسيعمل كل شيء).

يختلف الجهد المتردد في منفذنا المنزلي وفقًا للقانون الجيبي. ماذا يعني ذلك؟ يزداد الجهد من الصفر إلى قيمة سعة موجبة (الحد الأقصى الموجب)، ثم ينخفض ​​إلى الصفر ويستمر في الانخفاض أكثر - إلى قيمة سعة سالبة (الحد الأقصى السلبي)، ثم يزيد مرة أخرى، ويمر عبر الصفر ويعود إلى قيمة سعة موجبة.

بمعنى آخر، مع التيار المتردد، تتغير شحنته باستمرار. هذا يعني أن الجهد يكون إما 100%، ثم 0%، ثم 100% مرة أخرى. اتضح أنه في الثانية تغير الإلكترونات اتجاه حركتها وقطبيتها 100 مرة، من الموجب إلى السالب (تذكر أن ترددها هو 50 هرتز - 50 دورة أو تذبذبات في الثانية؟).

كانت الشبكات الكهربائية الأولى تعمل بالتيار المباشر. كانت هناك العديد من المشاكل المرتبطة بهذا، أحدها كان تعقيد تصميم المولد نفسه. والمولد لديه تصميم أبسط، وبالتالي فهو بسيط ورخيص في التشغيل.

والحقيقة هي أنه يمكن نقل نفس الطاقة عن طريق الجهد العالي والتيار المنخفض، أو العكس: الجهد المنخفضوالتيار العالي . كيف أكثر الحالية، كلما كانت هناك حاجة إلى المقطع العرضي للسلك، أي. يجب أن يكون السلك أكثر سمكا. بالنسبة للجهد، سمك السلك ليس مهما، طالما أن العوازل جيدة. التيار المتردد (على عكس التيار المباشر) هو ببساطة أسهل في التحويل.

وهذا مناسب. لذلك، من خلال سلك مقطع عرضي صغير نسبيا، يمكن لمحطة توليد الكهرباء أن ترسل خمسمائة ألف (وأحيانًا ما يصل إلى مليون ونصف) فولت من الطاقة بتيار 100 أمبير دون أي خسائر تقريبًا. بعد ذلك، على سبيل المثال، سوف "يأخذ" محول في محطة فرعية بالمدينة 500000 فولت بتيار 10 أمبير و"يعطيه" شبكة المدينة 10000 فولت عند 500 أمبير. وتقوم المحطات الفرعية بالمنطقة بالفعل بتحويل هذا الجهد إلى 220/380 فولت بتيار يبلغ حوالي 10000 أمبير، لتلبية احتياجات المناطق السكنية والصناعية في المدينة.

بالطبع، الرسم البياني مبسط ويشير إلى المجموعة الكاملة من المحطات الفرعية الإقليمية في المدينة، وليس أي محطة على وجه الخصوص.

يعمل الكمبيوتر الشخصي (PC) على مبدأ مماثل، ولكن في الجانب العكسي. يقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر ومن ثم، باستخدامه، يخفض جهده إلى القيم اللازمة لتشغيل جميع المكونات بالداخل.

وفي نهاية القرن التاسع عشر، كان من الممكن أن تتخذ عملية كهربة العالم مساراً مختلفاً. قام توماس إديسون (الذي يُعتقد أنه اخترع واحدًا من أولى المصابيح المتوهجة الناجحة تجاريًا) بالترويج لفكرته حول التيار المباشر. وإذا لم يكن للبحث عن آخر شخص متميز، الذي أثبت فعالية التيار المتردد، كان من الممكن أن يكون كل شيء مختلفًا.

كان الصربي العبقري نيكولا تيسلا (الذي عمل لدى إديسون لبعض الوقت) أول من قام بتصميم وبناء مولد تيار متناوب متعدد الأطوار، مما أثبت كفاءته وتفوقه على التطورات المماثلة التي تعمل بمصدر ثابت للطاقة.

الآن دعونا نلقي نظرة على "موائل" التيار المباشر والمتردد. فالبطارية الدائمة، على سبيل المثال، موجودة في بطارية الهاتف أو البطاريات. شواحنتحويل التيار المتردد من الشبكة إلى تيار مباشر، وبالفعل في هذا النموذج ينتهي به الأمر في الأماكن التي يتم تخزينه فيها (البطاريات).

مصادر جهد التيار المستمر هي:

1. البطاريات العادية المستخدمة في الأجهزة المختلفة (الكشافات، المشغلات، الساعات، أجهزة الاختبار، إلخ)
2. البطاريات المختلفة (القلوية، الحمضية، الخ)
3. مولدات التيار المستمر
4. أجهزة خاصة أخرى، على سبيل المثال: المقومات والمحولات
5. مصادر الطاقة في حالات الطوارئ (الإضاءة)

على سبيل المثال، يعمل النقل الكهربائي الحضري بالتيار المباشر بجهد 600 فولت (الترام وحافلات الترولي). بالنسبة للمترو فهو أعلى - 750-825 فولت.

مصادر جهد التيار المتردد:

1. مولدات
2. محولات مختلفة (المحولات)
3. الشبكات الكهربائية المنزلية (المآخذ المنزلية)

تحدثنا عن كيف وبماذا نقيس الجهد المباشر والمتناوب، وأخيرًا (لكل من قرأ المقال حتى النهاية) أريد أن أحكي قصة قصيرة. لقد عبر مديري عن ذلك لي، وسأعيد سرده من خلال كلماته. إنه حقًا يناسب موضوعنا اليوم!

لقد ذهب ذات مرة إلى رحلة عملمع مديرينا إلى مدينة مجاورة. قم بتأسيس علاقات ودية مع موظفي تكنولوجيا المعلومات المحليين :) وبجوار الطريق السريع يوجد مكان رائع: ينبوع المياه النظيفة. يتوقف الجميع بالقرب منه ويحصلون على الماء. وهذا، بطريقة ما، تقليد بالفعل.

بعد أن قررت السلطات المحلية تحسين هذا المكان، فعلت كل شيء باستخدام أحدث التقنيات: لقد حفروا حفرة مستطيلة كبيرة أسفل الزنبرك مباشرة، وبطنوها بالبلاط اللامع، وقاموا بتركيب إضاءة LED فائضة، وتبين أنها حمام سباحة . بالإضافة إلى! كان الزنبرك نفسه "معبأًا" في رقائق الجرانيت المرقطة، نظرًا لشكله النبيل، وتم وضع أيقونة فوق فتحة التهوية تحت الزجاج - مكان مقدس، على ما يبدو!

واللمسة الأخيرة - قمنا بتركيب نظام إمداد المياه على أساس الخلية الكهروضوئية. اتضح أن حوض السباحة ممتلئ دائمًا و"يصدر قرقرة" فيه، ولكن لسحب الماء مباشرة من النبع، عليك إحضار وعاء إلى الخلية الكهروضوئية ومن هناك "يتدفق" :)

يجب أن أقول أنه في الطريق إلى المصدر، أخبر رئيسنا أحد المديرين كم كان رائعًا: التقنيات الجديدة، شبكة Wi-Fi، الخلايا الضوئية، مسح شبكية العين، إلخ. كان المخرج كارهًا للتقنية بشكل كلاسيكي، لذلك كان له رأي معاكس. وهكذا، يقودون سياراتهم إلى النبع، ويضعون أيديهم حيث ينبغي أن يكونوا، لكن الماء لا يتدفق!

يفعلون هذا وذاك، ولكن النتيجة صفر! اتضح أنه لا يوجد أي جهد بغباء في الشبكة الكهربائية التي تغذي هذا النظام الشيطاني :) كان المخرج "يمتطي حصانًا"! لقد قمت بإنشاء العديد من عبارات "التحكم" حول كل تقنيات n...x هذه، ونفس عناصر n...x، وجميع الآلات بشكل عام وهذه الآلة بشكل خاص. التقطت علبة مباشرة من حوض السباحة وذهبت إلى السيارة!

لذلك اتضح أنه يمكننا تكوين أي شيء، "رفع" خادم متطور، وتقديم الخدمة الأفضل والأكثر شعبية، ولكن لا يزال الأكثر الرجل الرئيسي- هذا هو العم فاسيا الكهربائي الذي يرتدي سترة مبطنة، والذي يمكنه بحركة واحدة من يده تنظيم تخطي كامل لكل هذه القوة التقنية والنعمة :)

لذا تذكر: الشيء الرئيسي هو مصدر طاقة عالي الجودة. جيد (المصدر إمدادات الطاقة غير المنقطعة) والجهد مستقر في المقابس، وكل شيء آخر سوف يتبع :)

هذا كل شيء لهذا اليوم وحتى المقالات القادمة. اعتنِ بنفسك! يوجد أدناه مقطع فيديو قصير حول موضوع المقال.

على الرغم من حقيقة أن الكهرباء دخلت حياتنا بقوة، فإن الغالبية العظمى من مستخدمي هذه الميزة الحضارية ليس لديهم حتى فهم سطحي لما هو التيار، ناهيك عن مدى اختلاف التيار المباشر عن التيار المتردد، وما الفرق بينهما ، وما هو الحالي بشكل عام. أول من تعرض للصعق الكهربائي هو أليساندرو فولتا، وبعد ذلك كرس حياته كلها لهذا الموضوع. دعونا ننتبه أيضًا إلى هذا الموضوع من أجل الحصول على فهم عام لطبيعة الكهرباء.

من أين يأتي التيار ولماذا يختلف؟

سنحاول تجنب الفيزياء المعقدة وسنستخدم طريقة القياس والتبسيط للنظر في هذه المسألة. ولكن قبل ذلك، دعونا نتذكر نكتة قديمة عن الامتحان، عندما قام طالب شريف بسحب التذكرة "ما هو التيار الكهربائي".

أجاب الطالب الصادق: "آسف يا أستاذ، كنت أجهز بس نسيت". - كيف يمكنك! وبخه الأستاذ قائلاً: "أنت الشخص الوحيد على وجه الأرض الذي يعرف هذا!" (مع)

هذه بالطبع مزحة، ولكن هناك قدر كبير من الحقيقة فيها. لذلك، لن نبحث عن أمجاد نوبل، ولكن ببساطة سنكتشف التيار المتردد والتيار المباشر، وما هو الفرق، وما الذي يعتبر مصادر تيار.

كأساس، سوف نقبل الافتراض بأن التيار ليس حركة الجسيمات (على الرغم من أن حركة الجسيمات المشحونة تنقل الشحنة أيضًا، وبالتالي تولد تيارات)، ولكن حركة (نقل) الشحنة الزائدة في الموصل من نقطة شحنة عالية (إمكانات) إلى نقطة شحن أقل. التشبيه هو خزان؛ يميل الماء دائمًا إلى احتلال نفس المستوى (لتعادل الإمكانات). إذا قمت بفتح حفرة في السد، سيبدأ الماء بالتدفق إلى أسفل المنحدر، مما يخلق تيارًا مباشرًا. كلما كانت الحفرة أكبر، كلما زاد تدفق المياه، وازدادت قوة التيار، وكذلك قوة وكمية العمل الذي يستطيع هذا التيار القيام به. إذا لم يتم التحكم في العملية، فسوف تدمر المياه السد وتخلق على الفور منطقة فيضان يكون السطح فيها على نفس المستوى. هذه دائرة كهربائية قصيرة مع معادلة محتملة، مصحوبة بدمار كبير.

وهكذا، يظهر تيار مباشر في المصدر (عادة بسبب التفاعلات الكيميائية)، حيث ينشأ فرق الجهد عند نقطتين. إن حركة الشحنة من قيمة "+" أعلى إلى قيمة "-" أقل تعادل الجهد بينما يستمر التفاعل الكيميائي. ونحن نعلم نتيجة التعادل الكامل للإمكانات - "البطارية فارغة". وهذا يؤدي إلى فهم السبب يختلف جهد التيار المستمر والتيار المتردد بشكل كبير في خصائص الاستقرار. تستهلك البطارية شحنتها، وبالتالي ينخفض ​​جهد التيار المستمر بمرور الوقت. للحفاظ عليه على نفس المستوى، يتم استخدام محولات إضافية. في البداية، أمضت البشرية وقتا طويلا في تحديد الفرق بين التيار المباشر والتيار المتردد للاستخدام على نطاق واسع، ما يسمى. “حرب التيارات”. لقد انتهى الأمر بانتصار التيار المتردد، ليس فقط بسبب وجود خسائر أقل أثناء النقل عبر مسافة ما، ولكن أيضًا أصبح توليد التيار المباشر من التيار المتردد أسهل. من الواضح أن التيار المباشر الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة (بدون مصدر مستهلك) له خصائص أكثر استقرارًا. في الواقع، في هذه الحالة المتغير و الجهد المستمرترتبط بشكل صارم، ومع مرور الوقت تعتمد فقط على توليد الطاقة وكمية الاستهلاك.

وبالتالي، فإن التيار المباشر بطبيعته هو حدوث شحنة غير متساوية في الحجم (تفاعل كيميائي)، والتي يمكن إعادة توزيعها باستخدام الأسلاك عن طريق توصيل نقطة ذات شحنة عالية ومنخفضة (المحتملة).

دعونا نتناول هذا التعريف كما هو مقبول بشكل عام. جميع التيارات المباشرة الأخرى (وليس البطاريات) مشتقة من مصدر التيار المتردد. على سبيل المثال، في هذه الصورة، الخط الأزرق المتموج هو تيارنا المباشر، نتيجة تحويل التيار المتردد.

انتبهوا للتعليقات على الصورة " عدد كبيرالدوائر ولوحات التجميع." إذا كان المحول مختلفًا، فستختلف الصورة. نفس الخط الأزرق، التيار ثابت تقريبًا، لكنه نابض، تذكر هذه الكلمة. بالمناسبة، التيار المباشر النقي هو الخط الأحمر.

العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء

الآن دعونا نرى كيف يختلف التيار المتردد عن التيار المباشر، والذي يعتمد على المادة. الأهم - حدوث التيار المتردد لا يعتمد على التفاعلات في المادة. من خلال العمل بالكهرباء (التيار المباشر)، ثبت بسرعة أن الموصلات تنجذب لبعضها البعض مثل المغناطيس. وكانت النتيجة اكتشاف أن المجال المغناطيسي في ظل ظروف معينة يولد تيارًا كهربائيًا. أي أن المغناطيسية والكهرباء تبين أنهما ظاهرة مترابطة مع تحول عكسي. يمكن للمغناطيس أن يعطي تيارًا للموصل، والموصل الذي يمر به التيار يمكن أن يكون مغناطيسًا. وتظهر هذه الصورة محاكاة لتجارب فاراداي الذي اكتشف هذه الظاهرة في الواقع.

الآن تشبيه التيار المتردد. سيكون المغناطيس هو قوة الجذب، وسيكون المولد الحالي عبارة عن ساعة رملية بها ماء. في نصف الساعة نكتب "أعلى" وعلى النصف الآخر "أسفل". نقلب ساعتنا ونرى كيف يتدفق الماء "لأسفل"، وعندما يتدفق كل الماء، نقلبه مرة أخرى ويتدفق الماء "لأعلى". على الرغم من وجود تيار، إلا أنه يغير اتجاهه مرتين في دورة كاملة. وفقًا للعلم، سيبدو الأمر كما يلي: يعتمد تردد التيار على سرعة دوران المولد في المجال المغناطيسي. في ظل ظروف معينة، سنحصل على موجة جيبية نقية، أو ببساطة تيار متردد بسعات مختلفة.

مرة أخرى! هذا مهم جدًا لفهم الفرق بين التيار المباشر والتيار المتردد. وفي كلا القياسين، يتدفق الماء "إلى أسفل". ولكن في حالة التيار المباشر، سيكون الخزان فارغًا عاجلاً أم آجلاً، وبالنسبة للتيار المتردد، سوف تفيض الساعة بالماء لفترة طويلة جدًا، فهي في حجم مغلق. ولكن في كلتا الحالتين يتدفق الماء إلى أسفل. صحيح، في حالة التيار المتردد، نصف الوقت يتدفق إلى أسفل، ولكن إلى أعلى. بمعنى آخر، اتجاه حركة التيار المتردد هو كمية جبرية، أي أن "+" و"-" يتغيران بشكل مستمر، بينما يبقى اتجاه حركة التيار دون تغيير. حاول التفكير في هذا الاختلاف وفهمه. من المألوف جدًا أن تقول عبر الإنترنت: "لقد فهمت، الآن أنت تعرف كل شيء".

ما الذي يسبب مجموعة واسعة من التيارات

إذا فهمت الفرق بين التيارات المباشرة والمتناوبة، فإن السؤال الطبيعي ينشأ - لماذا يوجد الكثير منهم، التيارات؟ سوف نختار تيارًا واحدًا كمعيار، وسيكون كل شيء هو نفسه.

ولكن، كما يقولون، "ليست كل التيارات مفيدة بنفس القدر"، بالمناسبة، دعونا نفكر في أي تيار أكثر خطورة: ثابت أم متناوب، إذا لم نتخيل طبيعة التيار تقريبًا، بل ميزاته. الإنسان عبارة عن كولوديوم يوصل الكهرباء بشكل جيد. مجموعة من العناصر المختلفة في الماء (نحن 70% ماء إذا كان أحد لا يعرف). إذا تم تطبيق الجهد على مثل هذا الكولوديوم - يتم تطبيق صدمة كهربائية، فستبدأ الجزيئات الموجودة بداخلنا في نقل الشحنة. كما ينبغي أن يكون، من نقطة الإمكانات العالية إلى نقطة الإمكانات المنخفضة. وأخطر ما في الأمر هو الوقوف على الأرض، وهي بشكل عام نقطة ذات احتمالية صفر لا نهائية. بمعنى آخر، سنقوم بنقل كل التيار، أي فرق الشحنات، إلى الأرض. لذلك، مع الاتجاه المستمر لحركة الشحن، تتم عملية معادلة الإمكانات في جسمنا بسلاسة. نحن كالرمل ندع الماء يمر من خلالنا. ويمكننا "امتصاص" الكثير من الماء بأمان. مع التيار المتردد، تكون الصورة مختلفة بعض الشيء - سيتم "سحب" جميع جزيئاتنا هنا وهناك. لن تتمكن الرمال من تمرير الماء بسهولة، وسوف يتم تحريكها بالكامل. لذلك فإن الإجابة على سؤال أي تيار أكثر خطورة: التيار الثابت أم التيار المتردد، الإجابة واضحة - التيار المتردد. كمرجع، عتبة التيار المستمر التي تهدد الحياة هي 300 مللي أمبير. بالنسبة للتيار المتردد، تعتمد هذه القيم على التردد وتبدأ عند 35 مللي أمبير. عند تيار 50 هرتز 100 مللي أمبير. موافق ، الفرق من 3 إلى 10 مرات في حد ذاته يجيب على السؤال: ما هو الأخطر؟ ولكن هذه ليست الحجة الرئيسية في اختيار المعيار الحالي. دعونا ننظم كل ما يؤخذ في الاعتبار عند اختيار نوع التيار:

• توصيل التيار لمسافات طويلة. سيتم فقدان كل التيار المباشر تقريبًا؛
• التحول في الدوائر الكهربائية غير المتجانسة مع مستوى استهلاك غير مؤكد. بالنسبة للتيار المباشر، فإن المشكلة غير قابلة للحل عمليا؛
• يعد الحفاظ على جهد ثابت للتيار المتردد أرخص بأمرين من التيار المباشر ؛
• تحويل الطاقة الكهربائيةفي الطاقة الميكانيكية أرخص بكثير في محركات وآليات التيار المتردد. هذه المحركات لها عيوبها وفي بعض المناطق لا يمكن أن تحل محل محركات التيار المستمر؛
• لذلك، بالنسبة للاستخدام الشامل، فإن التيار المباشر له ميزة واحدة - فهو أكثر أمانًا للبشر.

ومن هنا جاءت التسوية المعقولة التي اختارتها البشرية. ليس تيارًا واحدًا فحسب، بل مجموعة كاملة من التحولات المتاحة بدءًا من التوليد والتوصيل إلى المستهلك والتوزيع والاستخدام. لن نقوم بإدراج كل شيء، لكننا نعتبر الإجابة الرئيسية على سؤال المقال، "كيف يختلف التيار المباشر عن التيار المتردد،" في كلمة واحدة - الخصائص. ربما تكون هذه هي الإجابة الصحيحة لأي أغراض منزلية. ولفهم المعايير نقترح النظر في الخصائص الرئيسية لهذه التيارات.

الخصائص الرئيسية للتيارات المستخدمة اليوم

إذا ظلت خصائص التيار المباشر دون تغيير بشكل عام منذ اكتشافه، فمع التيارات المتناوبة يكون كل شيء أكثر تعقيدًا. انظر إلى هذه الصورة - نموذج للحركة الحالية في نظام ثلاثي المراحل من الجيل إلى الاستهلاك

ومن وجهة نظرنا، فهو نموذج واضح للغاية، يوضح كيفية إزالة مرحلة أو مرحلتين أو ثلاث مراحل. وفي الوقت نفسه، يمكنك أن ترى كيف يصل الأمر إلى المستهلك.

ونتيجة لذلك، لدينا سلسلة توليد، الجهد المتردد والمباشر (التيارات) في مرحلة المستهلك. وبناء على ذلك، كلما ابتعدنا عن المستهلك، كلما ارتفعت التيارات والفولتية. في الواقع، أبسط وأضعف منفذ لدينا هو التيار المتردد أحادي الطور، 220 فولت بتردد ثابت قدره 50 هرتز. فقط زيادة التردد يمكن أن تجعل التيار عالي التردد عند هذا الجهد. أبسط مثالموجود في مطبخك. تقوم الطباعة بالميكروويف بتحويل التيار البسيط إلى تيار عالي التردد، مما يساعد بالفعل في الطهي. بالمناسبة، دعونا نجيب على السؤال المتعلق بقدرة الميكروويف - وهذا هو بالضبط مقدار التيار "العادي" الذي يحوله إلى تيارات عالية التردد.

ومن الجدير بالذكر أن أي تحول في التيارات ليس "عبثًا". للحصول على تيار متردد، تحتاج إلى تدوير العمود بشيء ما. للحصول على تيار ثابت منه، سيتعين عليك تبديد جزء من الطاقة كحرارة. حتى تيارات نقل الطاقة يجب أن تتبدد على شكل حرارة عند توصيلها إلى الشقة باستخدام محول. أي أن أي تغيير في المعلمات الحالية يكون مصحوبًا بخسائر. وبالطبع الخسائر تصاحب توصيل التيار للمستهلك. تتيح لنا هذه المعرفة النظرية على ما يبدو أن نفهم من أين تأتي مدفوعاتنا الزائدة مقابل الطاقة، مما يلغي نصف الأسئلة حول سبب وجود 100 روبل على العداد، و115 على الإيصال.

دعونا نعود إلى التيارات. يبدو أننا ذكرنا كل شيء، بل إننا نعرف مدى اختلاف التيار المباشر عن التيار المتردد، لذلك دعونا نذكركم ما هي التيارات الموجودة.

• العاصمةالمصدر هو فيزياء التفاعلات الكيميائية مع تغير الشحنة، ويمكن الحصول عليها عن طريق تحويل التيار المتردد. متنوع - تيار نبضي، الذي يغير معالمه في نطاق واسع، لكنه لا يغير اتجاه الحركة.
• تكييف. يمكن أن تكون أحادية الطور أو مرحلتين أو ثلاث مراحل. التردد القياسي أو العالي. هذا التصنيف البسيط كافٍ تمامًا.

الاستنتاج أو كل تيار له جهازه الخاص

تُظهر الصورة المولد الحالي في محطة Sayano-Shushenskaya للطاقة الكهرومائية. وهذه الصورة توضح المكان الذي تم تركيبه فيه.

وهذا مصباح كهربائي عادي.

أليس صحيحا أن الفرق في الحجم مذهل، مع أن الأول خلق من بين أمور أخرى لعمل الثاني؟ إذا فكرت في هذه المقالة، يصبح من الواضح أنه كلما كان الجهاز أقرب إلى الشخص، كلما زاد استخدام التيار المباشر. وباستثناء محركات التيار المستمر والتطبيقات الصناعية، يعد هذا بالفعل معيارًا يعتمد تحديدًا على حقيقة أننا اكتشفنا التيار الأكثر خطورة، التيار المباشر أو التيار المتردد. وتستند خصائص التيارات المنزلية على نفس المبدأ، حيث أن التيار المتردد 220 فولت 50 هرتز هو حل وسط بين الخطر والخسائر. ثمن التسوية هو الأتمتة الوقائية: من المصهر إلى التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية. بالابتعاد عن البشر نجد أنفسنا في منطقة الخصائص العابرة، حيث تكون التيارات والفولتية أعلى، وحيث لا يؤخذ الخطر على البشر في الاعتبار، ولكن يتم الاهتمام باحتياطات السلامة - منطقة الاستخدام الصناعي للتيار . وأبعد شيء عن الإنسان، حتى في الصناعة، هو نقل الطاقة وتوليدها. لا يوجد شيء يمكن أن يفعله مجرد بشر هنا - فهذه منطقة من المحترفين والمتخصصين الذين يعرفون كيفية إدارة هذه القوة. ولكن حتى مع الاستخدام المنزليالكهرباء، وبالطبع عند العمل مع كهربائيين، فإن فهم الطبيعة الأساسية للتيارات لن يكون غير ضروري أبدًا.

التيار المباشرويسمى التيار الكهربائي الذي لا يتغير مع مرور الوقت في الاتجاه والقيمة.

مصادر التيار المباشر هي الخلايا الجلفانية والبطاريات ومولدات التيار المباشر.

التيار الكهربائي له اتجاه معين. يعتبر اتجاه التيار هو اتجاه حركة الجزيئات ذات الشحنة الموجبة. إذا كان التيار يتكون من حركة جسيمات سالبة الشحنة فإن اتجاه التيار يعتبر معاكسا لاتجاه حركة هذه الجسيمات.

لقياس التيار في الدائرة الكهربائية، يتم استخدام مفهوم القوة الحالية. التيار هو كمية الكهرباء Q التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية.

إذا تحركت خلال الزمن t كمية من الكهرباء Q عبر المقطع العرضي للموصل، فإن قوة التيار I=Q/t.

وحدة التيار هي أمبير (A).

كثافة التيار A/mm2 هي نسبة شدة التيار I إلى المساحة المقطع العرضيموصل F:

في الدائرة الكهربائية المغلقة، ينشأ التيار تحت تأثير مصدر الطاقة الكهربائية، مما يخلق ويحافظ على فرق الجهد عند أطرافه؛ تقاس بالفولت (V).

من الخصائص المهمة للدائرة الكهربائية المقاومة؛ تعتمد القوة الحالية في الموصل عند جهد معين على هذه القيمة. مقاومة الموصل هي نوع من قياس مقاومة الموصل لتدفق التيار الكهربائي فيه. المقاومة الكهربائيةتقاس بالأوم (أوم). كما يتم استخدام المقاومة المتبادلة (1/أوم)، والتي تسمى الموصلية، على نطاق واسع.

تعتمد المقاومة على مادة الموصل وطوله l ومساحة مقطعه F، أي.

حيث ρ هي مقاومة الموصل.

المقاومة في وحدات النظام الدولي (SI) تساوي عدديًا مقاومة موصل على شكل مكعب طول ضلعه 1 متر، إذا مر التيار بين وجهين متقابلين للمكعب.

تتغير مقاومة الموصلات مع تغير درجة حرارتها. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد مقاومة الموصلات المعدنية. تتناقص مقاومة الفحم ومحاليل وصهر الأملاح والأحماض مع زيادة درجة الحرارة.

للإشارة إلى مقاومة الموصل عند درجة حرارة 0 درجة مئوية بواسطة R 0، نحصل على الصيغة R = R 0 (l + αt) للمقاومة عند أي درجة حرارة، حيث α هو المعامل الحراري للمقاومة، مما يدل على الزيادة النسبية المقاومةعندما يتم تسخين الموصل بمقدار 1 درجة مئوية.

تستخدم هذه الخاصية في أجهزة استشعار درجة حرارة الأسلاك.

يتم التعبير عن العلاقة بين فرق الجهد (الجهد) عند أطراف الدائرة الكهربائية والمقاومة والتيار في الدائرة بواسطة قانون أوم.

وفقًا لقانون أوم، بالنسبة لقسم من دائرة متجانسة، تتناسب قوة التيار بشكل مباشر مع قيمة الجهد المطبق، أي I = U/R، حيث U هو الجهد عند أطراف الدائرة B؛ R - المقاومة، أوم؛ أنا - القوة الحالية، أ.

في الممارسة العملية، بالتوازي والتسلسل و مركبات مختلطةعناصر الدوائر الكهربائية. في اتصال متوازيالعناصر، على سبيل المثال المقاومات، ترتبط أطرافها بنقاط العقدة المشتركة وكل مقاوم متصل بالجهد المطبق على نقطتي العقدة A وB (الشكل 1).

يتم تحديد المقاومة الإجمالية للدائرة بالصيغة: 1/R 0 =1/R 1 +1/R 2 +1/R 3

في اتصال تسلسلييتم تشغيل عناصر الأهداف الكهربائية واحدة تلو الأخرى، أي أن بداية الهدف التالي متصلة بنهاية الهدف السابق (الشكل 2).

التيار الكهربائي في دائرة متصلة على التوالي هو مشترك بين جميع العناصر.

يتم حساب المقاومة الإجمالية للدائرة عند توصيل المقاومات على التوالي باستخدام الصيغة R 0 = R 1 + R 2 + R 3

يمكن استخدام الصيغ المذكورة أعلاه لحساب المقاومة الإجمالية لأي عدد من المقاومات المتصلة على التوازي أو على التوالي.

يسمى الشغل الذي يقوم به التيار الكهربائي في وحدة الزمن (الثانية) قوة ويشار إليه بالحرف P. وتتميز هذه الكمية بكثافة الشغل الذي يبذله التيار. يتم تحديد الطاقة بواسطة الصيغة P=W/t=UIt/t=UI.

وحدة الطاقة هي الواط (W). الواط هو القدرة التي تنتج جول واحد من الشغل بشكل منتظم في الثانية. ثم يمكن كتابة الصيغة المذكورة أعلاه على النحو التالي: W=Pt.

وحدات متعددة من الطاقة: كيلووات-1 كيلوواط=1000 واط وميغاواط-1 ميغاواط=1000000 واط.

وحدة قياس الطاقة الكهربائية، كيلووات/ساعة (كيلووات ساعة)، تمثل الشغل المبذول بقوة ثابتة قدرها 1 كيلووات لمدة ساعة واحدة.

يمكن تحويل التعبير عن طاقة التيار الكهربائي عن طريق استبدال الجهد U=IR بناءً على قانون أوم. ونتيجة لذلك نحصل على ثلاثة تعبيرات لقوة التيار الكهربائي

P=UI = I 2 R=U 2 /R

من الأهمية العملية الكبيرة أنه يمكن الحصول على نفس طاقة التيار الكهربائي عند الجهد المنخفض والتيار العالي أو عند الجهد العاليوالتيار المنخفض.

التيار الكهربائي الذي يمر عبر موصل يسخنه. يتم تحديد كمية الحرارة المنبعثة في الموصل بواسطة nj صيغة Q-I 2 ريت.

وتسمى هذه العلاقة قانون جول لينز.

الأسلاك عادة ما تكون العزل الكهربائيمما يؤدي إلى تفاقم ظروف التبريد للموصل الحامل للتيار. بالإضافة إلى ذلك، اعتمادا على نوع المادة التي يتم تصنيعها منها، يمكن للعزل أن يتحمل درجة حرارة تسخين معينة (مسموح بها). كما يؤثر عدد الأسلاك وطريقة وضعها بشكل كبير على ظروف التبريد الخاصة بها.

عند التصميم الأسلاك الكهربائيةاختيار أقسام ودرجات الأسلاك بحيث لا تتجاوز درجة حرارتها القيم المسموح بها. يتم تحديد الحد الأدنى للمقطع العرضي للسلك لقوة تيار معينة من جدول الأحمال الحالية المسموح بها على المدى الطويل على الأسلاك والكابلات. وترد هذه الجداول في الكتب المرجعية الكهربائية وفي "قواعد التركيبات الكهربائية" (PUE).

استنادا إلى قانون أوم وقانون جول لينز، من الممكن تحليل الظاهرة التي تحدث عندما تكون الموصلات متصلة مباشرة ببعضها البعض، مما يوفر تيارًا كهربائيًا للحمل. تجدر الإشارة إلى الظاهرة التي يتدفق فيها التيار في مسار أقصر، متجاوزًا الحمل (ماس كهربائى).

يوضح الشكل 3 رسمًا تخطيطيًا لتوصيل مصباح متوهج كهربائي الشبكة الكهربائية. إذا كانت مقاومة هذا المصباح هي R=484 أوم، وجهد الشبكة هو U=220V، فإن التيار في دائرة المصباح يتوافق مع المعادلة

ضع في اعتبارك الحالة التي يتم فيها توصيل الأسلاك التي تصل إلى المصباح المتوهج من خلال مقاومة صغيرة جدًا، على سبيل المثال، قضيب معدني سميك. في هذه الحالة، يتفرع تيار الدائرة، الذي يمر إلى النقطة A، على طول مسارين: أحدهما، معظمه، سوف يسير على طول المسار بمقاومة منخفضة - إلى القضيب المعدني، والآخر، جزء صغير من التيار - على طول المسار مع مقاومة عالية- مصباح وهاج.

في الحقيقة متى ماس كهربائىسيكون جهد الشبكة أقل من 220 فولت، حيث أن التيار الكبير في الدائرة سيؤدي إلى انخفاض كبير في الجهد وبالتالي فإن التيار المتدفق عبر القضيب المعدني سيكون أقل قليلاً. ولكن مع ذلك، سيكون هذا التيار أعلى بعدة مرات من التيار الذي كان يتدفق سابقًا عبر الدائرة.

وفقًا للعلاقة Q=I 2 Rt، فإن التيار الذي يمر عبر الأسلاك يحرر الحرارة، وتسخن الأسلاك. في مثالنا، تم تصميم المقطع العرضي للأسلاك لتيار صغير - 0.455 أ. عند توصيل الأسلاك بطريقة أقصر، متجاوزًا الحمل، يتدفق تيار كبير جدًا عبر الدائرة - 22000 أ. تتسبب في إطلاق كمية هائلة من الحرارة، مما يؤدي إلى تفحم ونشوب حريق في الأسلاك العازلة، وذوبان مادة الأسلاك، وتلف أدوات القياس الكهربائية، وذوبان ملامسات المفاتيح، ومفاتيح السكين، وما إلى ذلك. يمكن أيضًا أن تتلف الدائرة. قد يؤدي ارتفاع درجة حرارة الأسلاك إلى نشوب حريق.

كل الأسلاك الكهربائيةمصممة لتيار معين.

يُطلق على وضع الطوارئ لتشغيل الدائرة ، عندما يزداد التيار فيها بشكل حاد مقارنة بالوضع الطبيعي ، بسبب انخفاض مقاومتها ، دائرة قصيرة.

نظرًا للعواقب الخطيرة والمدمرة والتي لا يمكن إصلاحها في بعض الأحيان نتيجة لماس كهربائي، يجب مراعاة شروط معينة أثناء التثبيت والتشغيل التركيبات الكهربائية. أهمها ما يلي:

• 1. يجب أن يتوافق عزل الأسلاك مع جهد الشبكة وظروف التشغيل.
• 2. يجب أن يكون المقطع العرضي للأسلاك بحيث لا يصل تسخينها تحت الحمل العادي إلى قيمة خطيرة.
• 3. يجب حماية الأسلاك الموضوعة من التلف الميكانيكي.
• 4. يجب أن تكون الوصلات والفروع معزولة بشكل جيد مثل الأسلاك.
• 5. يجب وضع الأسلاك من خلال الجدران والأسقف والأرضيات بحيث تكون محمية من الأضرار الميكانيكية والكيميائية والرطوبة ولا تلمس بعضها البعض.

لتجنب الزيادة المفاجئة والخطرة في التيار في الدائرة الكهربائية أثناء حدوث ماس كهربائي، تتم حماية الدائرة بواسطة الصمامات أو مرحلات التيار الزائد.