Definicja i charakterystyka prądu stałego. prąd stały to

DC (prąd stały) –jest to uporządkowany ruch naładowanych cząstek w jednym kierunku. Innymi słowy
ilości charakteryzujące Elektryczność, takie jak napięcie lub prąd, są stałe zarówno pod względem wartości, jak i kierunku.

W źródle prądu stałego, na przykład w konwencjonalnym Bateria AA, elektrony przesuwają się od minus do plus. Ale historycznie kierunek od plus do minus jest uważany za techniczny kierunek prądu.

W przypadku prądu stałego obowiązują wszystkie podstawowe prawa elektrotechniki, takie jak prawo Ohma i prawo Kirchhoffa.

Fabuła

Początkowo nazywano prąd stały - prąd galwaniczny, ponieważ po raz pierwszy uzyskano go za pomocą reakcji galwanicznej. Następnie, pod koniec XIX wieku, Thomas Edison podjął próby zorganizowania przesyłu prądu stałego liniami energetycznymi. Jednocześnie tzw „wojna prądów”, w którym jako główny prąd był wybór między przemiennym a bezpośrednim. Niestety, prąd stały „przegrał” tę „wojnę”, ponieważ w przeciwieństwie do prądu przemiennego, prąd stały, przesyłany na odległość, ponosi duże straty mocy. Prąd przemienny jest łatwy do przekształcenia i dlatego przesyłany na duże odległości.

Źródła prądu stałego

Źródłami prądu stałego mogą być baterie lub inne źródła, w których prąd pojawia się w wyniku reakcji chemicznej (na przykład bateria palcowa).

Również źródła prądu stałego mogą być generatorem prądu stałego, w którym prąd jest generowany z powodu
zjawisko indukcji elektromagnetycznej, a następnie prostowane za pomocą kolektora.

Prąd stały można uzyskać poprzez prostowanie prądu przemiennego. W tym celu istnieją różne prostowniki i konwertery.

Aplikacja

Prąd stały, szeroko stosowany w schematy elektryczne i urządzenia. Na przykład w domu większość urządzeń, takich jak modem lub ładowarka mobilna, działa na prąd stały. Alternator samochodu generuje i przetwarza prąd stały w celu naładowania akumulatora. Każde urządzenie przenośne jest zasilane ze źródła prądu stałego.

W przemyśle prąd stały jest stosowany w maszynach prądu stałego, takich jak silniki lub generatory. W niektórych krajach istnieją linie wysokiego napięcia prądu stałego.

Prąd stały znalazł również zastosowanie w medycynie, m.in. w elektroforezie, procedurze leczniczej wykorzystującej prąd elektryczny.

W transporcie kolejowym oprócz prądu zmiennego stosuje się również prąd stały. Dzieje się tak, ponieważ silniki trakcyjne, które mają ściślejsze właściwości mechaniczne niż silniki indukcyjne, są silnikami prądu stałego.

Wpływ na ludzkie ciało

Prąd stały, w przeciwieństwie do prądu przemiennego, jest bezpieczniejszy dla ludzi. Na przykład śmiertelny prąd dla osoby wynosi 300 mA, jeśli jest to prąd stały, a jeśli jest to prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz, to 50-100 mA.

Prąd stały to prąd o jednym kierunku i jednej wielkości.

Graficznie prąd stały jest linią prostą.

Charakter prądu elektrycznego

Miedź, aluminium, stal, srebro i inne metale nazywane są przewodnikami. Mają wiele wolnych elektronów. Dlatego są dobrymi przewodnikami prądu. Są używane jako przewody i nazywane są przewodnikami.

Przewodniki mają wiele wolnych elektronów. Jeśli obwód elektryczny jest otwarty, wolne elektrony w przewodnikach poruszają się chaotycznie.

Zamknijmy obwód elektryczny. Bieżące źródło tworzy w obwód elektryczny pole elektryczne który oddziałuje z polami elektrycznymi każdego elektronu. W rezultacie swobodne elektrony będą poruszać się w jednym kierunku.

Wniosek:Prąd elektryczny w przewodnikach to ukierunkowany przepływ swobodnych elektronów.

Kierunek prądu elektrycznego

Prąd elektryczny to zamknięty przepływ elektronów. Nie ma ani początku, ani końca.

Powstaje pytanie, skąd pokazać obwód prądu elektrycznego.

W obwodzie może być wielu odbiorców, a źródło prądu jest zwykle jedno, dlatego zwykle pokazuje się obwód prądowy z wyjścia źródła prądu na inne wyjście.

Istnieją dwa kierunki prądu elektrycznego

1. Prawdziwy kierunek. To jest kierunek od minusa źródła do plusa. Elektrony idą w tym kierunku, więc kierunek nazywa się prawdziwym.

2. Kierunek techniczny

Kierunek techniczny jest przeciwieństwem prawdziwego. To jest kierunek od plusa źródła do jego minusa.

Kierunek techniczny powstał historycznie. Kiedy ludzie nie znali natury prądu, ustawiali wszystko tak, aby pokazywało to samo od plusa do minusa. Kiedy dowiedzieliśmy się, że prąd jest przepływem elektronów poruszającym się od minusa do plusa, postanowiliśmy opuścić ten kierunek i nazwać go technicznym i wykorzystać w technologii.

Powstaje pytanie, kiedy iw jakim kierunku skorzystać.

Jeśli chodzi o charakter nurtu, trzeba kierować się prawdziwym kierunkiem. W innych przypadkach skorzystaj z kierunku technicznego.

Czy będą nieporozumienia.

Nie będzie tak, ponieważ w technologii liczy się obwód elektryczny, a nie kierunek prądu w nim.

Na samym początku podajmy krótką definicję prądu elektrycznego. Prąd elektryczny nazywany jest uporządkowanym (ukierunkowanym) ruchem naładowanych cząstek. Aktualny jest ruch elektronów w przewodniku, Napięcie- to właśnie je (elektrony) wprawia w ruch.

Rozważmy teraz takie koncepcje jako stałe i prąd przemienny i określić ich fundamentalne różnice.

Różnica między prądem stałym a prądem przemiennym

Główną cechą stałego napięcia jest to, że jest ono stałe zarówno pod względem wielkości, jak i znaku. Prąd stały „płynie” cały czas w jednym kierunku. Na przykład wzdłuż przewodów metalowych od dodatniego zacisku źródła napięcia do ujemnego (w elektrolitach tworzą go jony dodatnie i ujemne). Same elektrony przesuwają się od minus do plus, ale jeszcze przed odkryciem elektronu zgodzili się uznać, że prąd płynie od plus do minus i nadal przestrzegać tej zasady w obliczeniach.

Jaka jest różnica między prądem przemiennym (napięciem) a prądem stałym? Z samej nazwy wynika, że ​​się zmienia. Ale - jak dokładnie? Prąd przemienny zmienia zarówno swoją wielkość, jak i kierunek ruchu elektronów w czasie. W naszych domowych gniazdkach jest to prąd o oscylacjach sinusoidalnych (harmonicznych) o częstotliwości 50 Hz (50 oscylacji na sekundę).

Jeśli rozważymy obwód zamknięty na przykładzie żarówki, otrzymamy:

• przy prądzie stałym elektrony będą przepływać przez żarówkę zawsze w tym samym kierunku od (-) minus do (+) plus
• podczas zmiany kierunek ruchu elektronów będzie się zmieniał w zależności od częstotliwości generatora. czyli jeśli w naszej sieci częstotliwość prądu przemiennego wynosi 50 herców (Hz), to kierunek ruchu elektronów w ciągu 1 sekundy zmieni się 100 razy. W ten sposób + i - w naszym gniazdku zamieniają się sto razy na sekundę (dlatego możemy wpiąć wtyczkę do gniazdka "do góry nogami" i wszystko będzie działać).

Napięcie przemienne w naszym gniazdku domowym zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym. Co to znaczy? Napięcie wzrasta od zera do dodatniej wartości amplitudy (maksimum dodatnie), następnie spada do zera i dalej spada - do ujemnej wartości amplitudy (maksimum ujemne), a następnie ponownie wzrasta, przechodząc przez zero i powraca do dodatniej wartości amplitudy.

Innymi słowy, przy prądzie przemiennym jego ładunek stale się zmienia. Oznacza to, że napięcie wynosi albo 100%, potem 0%, a potem znowu 100%. Okazuje się, że w ciągu sekundy elektrony zmieniają kierunek ruchu i polaryzację 100 razy, z dodatniej na ujemną (pamiętacie, że ich częstotliwość to 50 herców - 50 okresów czy oscylacji na sekundę?).

Pierwsze sieci elektryczne były zasilane prądem stałym. Wiązało się z tym kilka problemów, jednym z nich była złożoność konstrukcji samego generatora. Alternator ma prostszą konstrukcję, dzięki czemu jest prosty i tani w eksploatacji.

Faktem jest, że ta sama moc może być przesyłana wysokim napięciem i niskim prądem lub odwrotnie: niskonapięciowy i wysoki prąd. Jak bardziej aktualne, tym większy jest potrzebny przekrój przewodu, tj. drut powinien być grubszy. Dla napięcia grubość drutu nie ma znaczenia, jeśli izolatory były dobre. AC (w przeciwieństwie do DC) jest po prostu łatwiejszy do konwersji.

I to jest wygodne. Tak więc za pomocą drutu o stosunkowo małym przekroju elektrownia może przesłać pięćset tysięcy (a czasem nawet półtora miliona) woltów przy prądzie 100 amperów praktycznie bez strat. Wtedy, na przykład, transformator podstacji miejskiej „przyjmie” 500 000 woltów przy prądzie 10 amperów i „da” 10 000 woltów przy 500 amperach do sieci miejskiej. Podstacje regionalne już przetwarzają to napięcie na 220/380 woltów przy prądzie około 10 000 amperów na potrzeby obszarów mieszkalnych i przemysłowych miasta.

Oczywiście schemat jest uproszczony i odnosi się do całego zbioru podstacji dzielnicowych w mieście, a nie do żadnej konkretnej.

Komputer osobisty (PC) działa na podobnej zasadzie, ale w przeciwnym kierunku. Zamienia prąd przemienny na prąd stały, a następnie, za jego pomocą, obniża jego napięcie do wartości niezbędnych do działania wszystkich elementów wewnątrz.

Pod koniec XIX wieku ogólnoświatowa elektryfikacja mogła potoczyć się w odwrotnym kierunku. Thomas Edison (uważa się, że to on wynalazł jedną z pierwszych żarówek, które odniosły sukces komercyjny) aktywnie promował swój pomysł na prąd stały. A gdyby nie badania innej wybitnej osoby, która udowodniła skuteczność prądu przemiennego, to wszystko mogłoby być inne.

Serbski geniusz Nikola Tesla (który przez pewien czas pracował dla Edisona) był pierwszym, który zaprojektował i zbudował alternator wielofazowy, udowadniając jego wydajność i wyższość nad podobnymi konstrukcjami, które pracowały ze stałym źródłem zasilania.

Spójrzmy teraz na „siedliska” prądu stałego i przemiennego. Na stałe znajduje się np. w naszym telefonie bateria lub baterie. Urządzenie ładujące przekształcają prąd zmienny z sieci na prąd stały i już w takiej postaci trafia do miejsc jej magazynowania (akumulatorów).

Źródłami napięcia stałego są:

1. konwencjonalne baterie stosowane w różnych urządzeniach (latarkach, odtwarzaczach, zegarkach, testerach itp.)
2. różne baterie (alkaliczne, kwasowe itp.)
3. Generatory prądu stałego
4. inne urządzenia specjalne, np. prostowniki, przekształtniki
5. awaryjne źródła zasilania (oświetlenie)

Na przykład miejski transport elektryczny działa na prąd stały o napięciu 600 woltów (tramwaje, trolejbusy). W przypadku metra jest wyższy - 750-825 woltów.

Źródła napięcia przemiennego:

1. generatory
2. różne konwertery (transformatory)
3. domowe sieci elektryczne (gniazda domowe)

Rozmawialiśmy tutaj o tym, jak i jak mierzyć napięcie stałe i przemienne, a na koniec (dla wszystkich, którzy przeczytali artykuł do końca) chcę opowiedzieć małą historię. Mój szef wyraził to do mnie, a ja to powtórzę z jego słów. Boleśnie pasuje do naszego dzisiejszego tematu!

Jakoś poszedł do podróż służbowa z naszymi dyrektorami do sąsiedniego miasta. Nawiąż przyjazne relacje z lokalnymi informatykami :) A tuż przy autostradzie jest takie cudowne miejsce: wiosna z czystej wody. Prawie wszyscy zatrzymaj się i zbierz wodę. To rodzaj tradycji.

Lokalne władze, decydując się na uszlachetnienie tego miejsca, zrobiły wszystko najnowszą technologią: wykopały duży prostokątny otwór tuż pod ciemiączkom, wyłożyły go jasnymi płytkami, zrobiły przelew, oświetlenie LED i wyszedł basen. Ponadto! Sama sprężyna została „upakowana” w oznaczone kawałki granitu, nadano jej szlachetny kształt, ikona nad otworem wentylacyjnym została zamurowana pod szkłem – miejsce święte, zdaje się!

I ostatni szlif - na fotokomórkę nakładamy system zaopatrzenia w wodę. Okazuje się, że basen jest zawsze pełny i "bulgocze" w nim, a żeby czerpać wodę bezpośrednio z fontanelu, trzeba zbliżyć ręce z naczyniem do fotokomórki i stamtąd "płynie" :)

Muszę powiedzieć, że w drodze do źródła nasz szef powiedział jednemu z dyrektorów, jak fajnie było: nowe technologie, Wi-Fi, fotokomórki, skanowanie siatkówki itp. Reżyser był klasycznym technofobem, więc był przeciwnego zdania. I tak podjeżdżają pod ciemiączko, kładą ręce tam, gdzie powinny, ale woda nie płynie!

Robią to i tamto, ale wynik jest zerowy! Okazało się, że idiotycznie nie ma napięcia w sieci zasilającej ten szaitański system :) Reżyser był "na koniu"! Wydał kilka fraz „kontrolnych” dotyczących wszystkich tych technologii n…x, tych samych elementów n…x, wszystkich maszyn w ogóle i tej konkretnej w szczególności. Zgarnąłem kanister prosto z basenu i poszedłem do samochodu!

Okazuje się więc, że możemy postawić wszystko, „podbić” serwer, zapewnić najlepszą i najbardziej pożądaną usługę, ale i tak najbardziej główny człowiek- to wujek Wasia, elektryk w watowanej kurtce, który jednym ruchem ręki potrafi zorganizować kompletnie opuszczony całą tę techniczną moc i wdzięk :)

Pamiętaj więc: najważniejsze jest wysokiej jakości zasilanie. dobry (źródło) nieprzerwana dostawa energii) i stabilne napięcie w gniazdach, a wszystko inne pójdzie :)

Na dziś mamy wszystko i do następnych artykułów. Dbaj o siebie! Poniżej krótki film na temat artykułu.

Pomimo tego, że elektryczność mocno wkroczyła w nasze życie, zdecydowana większość użytkowników tego błogosławieństwa cywilizacji nie ma nawet powierzchownego zrozumienia czym jest prąd, nie mówiąc już o tym, jak prąd stały różni się od prądu przemiennego, jaka jest między nimi różnica i co jest aktualne w ogóle. Pierwszą osobą, która doznała szoku był Alessandro Volta, po czym poświęcił temu tematowi całe życie. Zwróćmy również uwagę na ten temat, aby mieć ogólne pojęcie o naturze elektryczności.

Skąd bierze się prąd i dlaczego jest inny?

Postaramy się uniknąć skomplikowanej fizyki, a do rozważenia tego zagadnienia posłużymy się metodą analogii i uproszczeń. Ale wcześniej przypomnijmy sobie stary żart o egzaminie, kiedy uczciwy uczeń wyciągnął bilet „Co to jest prąd elektryczny”.

„Przepraszam, profesorze, przygotowywałem się, ale zapomniałem” – odpowiedział uczciwy student. - Jak mogłeś! Profesor skarcił go: Jesteś jedyną osobą na Ziemi, która o tym wiedziała! (Z)

To oczywiście żart, ale jest w tym dużo prawdy. Dlatego nie będziemy szukać laurów Nobla, ale po prostu rozgryźmy, prąd zmienny i stały, jaka jest różnica i co jest uważane za źródła prądu.

Jako podstawę przyjmiemy, że prąd nie jest ruchem cząstek (chociaż ruch naładowanych cząstek również przenosi ładunek, a zatem wytwarza prądy), ale ruchem (przenoszeniem) nadmiaru ładunku w przewodniku z punktu o dużej ładować (potencjalnie) do punktu o niższym naładowaniu. Analogią jest zbiornik, woda zawsze ma tendencję do zajmowania jednego poziomu (wyrównywania potencjałów). Jeśli otworzysz dziurę w tamie, woda zacznie spływać w dół, będzie stały prąd. Im większa dziura, tym więcej wody popłynie, prąd wzrośnie, podobnie jak moc i ilość pracy, jaką ten prąd jest w stanie wykonać. Jeśli proces nie będzie kontrolowany, woda zniszczy zaporę i natychmiast stworzy strefę powodziową o równej powierzchni. To zwarcie z wyrównaniem potencjałów, któremu towarzyszy duże zniszczenie.

Tak więc w źródle pojawia się prąd stały (z reguły z powodu reakcji chemicznych), w którym w dwóch punktach występuje różnica potencjałów. Ruch ładunku z wyższego „+” do niższego „-” wyrównuje potencjał, podczas gdy reakcja chemiczna trwa. Efekt pełnego wyrównania potencjału, jaki znamy – „bateria wsi”. Prowadzi to do zrozumienia, dlaczego napięcie stałe i przemienne różnią się znacznie stabilnością charakterystyk. Baterie (akumulatory) zużywają ładunek, więc napięcie DC spada z czasem. Aby utrzymać go na tym samym poziomie, stosuje się dodatkowe konwertery. Początkowo ludzkość długo decydowała, czym różni się prąd stały od prądu przemiennego do powszechnego użytku, tzw. „Wojna prądów”. Zakończyło się to zwycięstwem prądu przemiennego, nie tylko dlatego, że podczas przesyłu na odległość dochodzi do mniejszych strat, ale także generowanie prądu stałego z prądu przemiennego okazało się łatwiejsze. Oczywiście uzyskany w ten sposób prąd stały (bez źródła eksploatacyjnego) ma znacznie stabilniejszą charakterystykę. W rzeczywistości w tym przypadku zmienna i stałe ciśnienie są sztywno połączone, az czasem zależą tylko od wytwarzania energii i wielkości jej zużycia.

Tak więc prąd stały z natury jest występowaniem nierównomiernego ładunku w objętości (reakcja chemiczna), który może być redystrybuowany za pomocą przewodów, łączących punkt wysokiego i niskiego ładunku (potencjału).

Zastanówmy się nad taką definicją, jaka jest ogólnie przyjęta. Wszystkie inne prądy stałe (nie baterie i akumulatory) pochodzą ze źródła prądu przemiennego. Na przykład na tym zdjęciu niebieska falista linia jest naszym prądem stałym, w wyniku konwersji prądu przemiennego.

Zwróć uwagę na komentarze na zdjęciu ” duża liczba obwody i płyty kolektorów. Jeśli konwerter jest inny, obraz będzie inny. Ta sama niebieska linia prądu jest prawie stała, ale pulsująca, zapamiętaj to słowo. Tutaj, nawiasem mówiąc, czerwoną linią jest czysty prąd stały.

Związek między magnetyzmem a elektrycznością

Zobaczmy teraz, jak prąd przemienny różni się od prądu stałego, co zależy od materiału. Najważniejsze - występowanie prądu przemiennego nie zależy od reakcji w materiale. Pracując z prądem galwanicznym (prąd stały), szybko ustalono, że przewodniki przyciągają się do siebie jak magnesy. Konsekwencją było odkrycie, że pole magnetyczne w określonych warunkach generuje prąd elektryczny. Oznacza to, że magnetyzm i elektryczność okazały się wzajemnie powiązanym zjawiskiem z odwrotną transformacją. Magnes może dawać prąd do przewodnika, a przewodnik przewodzący prąd może być magnesem. Na tym zdjęciu symulacja eksperymentów Faradaya, które w rzeczywistości odkryły to zjawisko.

Teraz analogia do prądu przemiennego. Będziemy mieli siłę przyciągania jak magnes i klepsydrę z wodą jako generator prądu. Na jednej połowie zegara napiszemy „góra”, na drugiej „dół”. Odwracamy zegarek i widzimy, jak woda spływa „w dół”, gdy cała woda spłynęła, odwracamy ją ponownie i nasza woda płynie „w górę”. Pomimo tego, że dysponujemy prądem, zmienia on kierunek dwukrotnie w pełnym cyklu. W nauce będzie to wyglądać tak: częstotliwość prądu zależy od częstotliwości obrotu generatora w polu magnetycznym. W pewnych warunkach otrzymujemy czystą falę sinusoidalną lub po prostu prąd przemienny o różnych amplitudach.

Ponownie! Jest to bardzo ważne dla zrozumienia różnicy między prądem stałym a prądem przemiennym. W obu analogiach woda spływa „w dół”. Ale w przypadku prądu stałego zbiornik prędzej czy później opróżni się, a dla prądu przemiennego zegar będzie nalewał wodę przez bardzo długi czas, jest w zamkniętej objętości. Ale jednocześnie w obu przypadkach woda spływa w dół. To prawda, że ​​w przypadku prądu przemiennego płynie połowę czasu w dół, ale w górę. Innymi słowy, kierunek ruchu prądu przemiennego jest wartością algebraiczną, to znaczy „+” i „-” ciągle zmieniają miejsca, podczas gdy kierunek ruchu prądu pozostaje niezmieniony. Spróbuj pomyśleć i zrozumieć tę różnicę. Jak modne jest powiedzenie w Internecie: „Zrozumiałeś to, teraz wiesz wszystko”.

Co powoduje dużą różnorodność prądów

Jeśli rozumiesz, jaka jest różnica między prądami stałymi i przemiennymi, pojawia się naturalne pytanie - dlaczego jest ich tak wiele, prądów? Wybrałbym jeden prąd jako standard i wszystko byłoby takie samo.

Ale, jak mówią, „nie wszystkie prądy są jednakowo przydatne”, nawiasem mówiąc, zastanówmy się, który prąd jest bardziej niebezpieczny: bezpośredni lub przemienny, jeśli z grubsza wyobrażamy sobie nie naturę prądu, ale raczej jego cechy. Człowiek to kolodion, który dobrze przewodzi prąd. Zestaw różnych pierwiastków w wodzie (jesteśmy 70% wody, jeśli ktoś nie wie). Jeśli do takiego kolodionu zostanie przyłożone napięcie - porażenie prądem, wówczas cząsteczki w nas zaczną przenosić ładunek. Jak powinno być od punktu o wysokim potencjale do punktu o niskim potencjale. Najbardziej niebezpieczną rzeczą jest stanie na ziemi, która jest ogólnie punktem o nieskończenie zerowym potencjale. Innymi słowy przeniesiemy cały prąd na ziemię, czyli różnicę w opłatach. Tak więc przy stałym kierunku ruchu ładunku proces wyrównywania potencjałów w naszym ciele przebiega płynnie. Jesteśmy jak piasek, który przepływa przez nas. I możemy spokojnie „wchłonąć” dużo wody. Przy prądzie przemiennym obraz jest nieco inny - wszystkie nasze cząstki „ciągną” tu i tam. Piasek nie będzie mógł spokojnie przepuścić wody, a całość zostanie poruszona. Dlatego odpowiedź na pytanie, który prąd jest bardziej niebezpieczny, stały czy zmienny, jest jednoznaczna - zmienna. Dla porównania, zagrażający życiu próg prądu stałego wynosi 300mA. Dla prądu przemiennego wartości te są zależne od częstotliwości i zaczynają się od 35mA. Przy prądzie 50 Hz 100 mA. Zgadzam się, różnica 3-10 razy sama w sobie odpowiada na pytanie: co jest bardziej niebezpieczne? Ale to nie jest główny argument przy wyborze obecnego standardu. Uporządkujmy wszystko, co jest brane pod uwagę przy wyborze rodzaju prądu:

• Dostawa prądu na duże odległości. Prąd stały zostanie prawie całkowicie utracony;
• Transformacja w niejednorodnych obwodach elektrycznych o nieokreślonym poziomie zużycia. W przypadku prądu stałego problem praktycznie nie do rozwiązania;
• Utrzymanie stałego napięcia dla prądu przemiennego jest o dwa rzędy wielkości tańsze niż dla prądu stałego;
• transformacja energia elektryczna w sile mechanicznej jest znacznie tańszy w silnikach i mechanizmach prądu przemiennego. Takie silniki mają swoje wady iw wielu dziedzinach nie mogą zastąpić silników prądu stałego;
• W przypadku masowego użytku prąd stały ma więc jedną zaletę – jest bezpieczniejszy dla ludzi.

Stąd rozsądny kompromis, który wybrała ludzkość. Nie tylko jeden prąd, ale cały zestaw dostępnych transformacji od wytwarzania, dostawy do konsumenta, dystrybucji i użytkowania. Nie wymienimy wszystkiego, ale rozważamy główną odpowiedź na pytanie artykułu, „jaka jest różnica między prądem stałym a prądem przemiennym”, jednym słowem - charakterystyka. Jest to prawdopodobnie najbardziej poprawna odpowiedź dla jakichkolwiek celów domowych. Aby zrozumieć standardy, proponujemy rozważyć główne cechy tych prądów.

Główne cechy prądów używanych dzisiaj

Jeśli dla prądu stałego od czasu odkrycia cechy pozostały zasadniczo niezmienione, to przy prądach przemiennych wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. Spójrz na to zdjęcie - model przepływu prądu w układzie trójfazowym od generacji do zużycia

Z naszego punktu widzenia jest to bardzo obrazowy model, na którym widać, jak usunąć jedną fazę, dwie lub trzy. Jednocześnie możesz zobaczyć, jak trafia do konsumenta.

W rezultacie mamy łańcuch generacji, napięcie (prądy) AC i DC na etapie konsumenta. W związku z tym im dalej od konsumenta, tym wyższe prądy i napięcie. W rzeczywistości w naszym gniazdku najprostszym i najsłabszym jest jednofazowy prąd przemienny 220 V o stałej częstotliwości 50 Hz. Tylko wzrost częstotliwości jest w stanie sprawić, że prąd będzie miał wysoką częstotliwość przy tym napięciu. Najprostszym przykładem jest Twoja kuchnia. Druk mikrofalowy przekształca zwykły prąd w wysoką częstotliwość, co w rzeczywistości pomaga w gotowaniu. Przy okazji odpowiedzmy na pytanie o moc mikrofal - tyle „zwykłego” prądu zamienia na prądy o wysokiej częstotliwości.

Warto pamiętać, że wszelkie przekształcenia prądów nie są „na darmo”. Aby uzyskać prąd przemienny, musisz czymś obrócić wał. Aby uzyskać z niego prąd stały, musisz rozproszyć część energii w postaci ciepła. Nawet prądy przesyłu energii będą musiały być odprowadzane w postaci ciepła, gdy dostarczane do mieszkania za pomocą transformatora. Oznacza to, że każdej zmianie bieżących parametrów towarzyszą straty. I oczywiście stratom towarzyszy dostawa prądu do konsumenta. Ta pozornie teoretyczna wiedza pozwala nam zrozumieć, skąd biorą się nasze nadpłaty za energię, usuwając połowę pytań, dlaczego na liczniku jest 100 zł, a na paragonie 115 zł.

Wróćmy do prądów. Wspomnieliśmy o wszystkim, a nawet wiemy, jak prąd stały różni się od prądu przemiennego, więc przypomnijmy sobie ogólnie, jakie są prądy.

• DC, źródłem jest fizyka reakcji chemicznych ze zmianą ładunku, można uzyskać poprzez przekształcenie prądu przemiennego. Różnorodność - prąd impulsowy, który zmienia swoje parametry w szerokim zakresie, ale nie zmienia kierunku ruchu.
• Prąd przemienny. Może być jednofazowy, dwufazowy lub trójfazowy. Standardowa lub wysoka częstotliwość. Taka prosta klasyfikacja jest wystarczająca.

Wniosek lub każdy prąd ma swoje własne urządzenie

Zdjęcie przedstawia generator prądu w HPP Sayano-Sushenskaya. A na tym zdjęciu miejsce jego instalacji.

A to tylko żarówka.

Czy nie jest prawdą, że różnica w skali jest uderzająca, chociaż pierwsza została stworzona, także do pracy drugiej? Jeśli zastanowisz się nad tym artykułem, stanie się jasne, że im urządzenie znajduje się bliżej osoby, tym częściej stosuje się w nim prąd stały. Z wyjątkiem silników prądu stałego i zastosowań przemysłowych jest to tak naprawdę standard oparty właśnie na fakcie, że dowiedzieliśmy się, który prąd jest bardziej niebezpieczny, bezpośredni lub przemienny. Charakterystyki prądów domowych opierają się na tej samej zasadzie, ponieważ prąd przemienny 220V 50Hz jest kompromisem między niebezpieczeństwem a stratami. Ceną kompromisu jest automatyka ochronna: od bezpiecznika do RCD. Oddalając się od człowieka, znajdujemy się w strefie charakterystyk przejściowych, gdzie zarówno prądy, jak i napięcia są wyższe i gdzie nie bierze się pod uwagę zagrożenia dla ludzi, ale zwraca się uwagę na bezpieczeństwo - strefa przemysłowego wykorzystania prądu . Najdalej od człowieka, nawet w przemyśle, jest przesyłanie i wytwarzanie energii. Zwykły śmiertelnik nie ma tu nic do roboty – to strefa profesjonalistów i specjalistów, którzy wiedzą, jak tę moc kontrolować. Ale nawet przy domowym korzystaniu z energii elektrycznej i oczywiście podczas pracy z elektrykiem zrozumienie podstaw natury prądów nigdy nie będzie zbyteczne.

prąd stały nazywany prądem elektrycznym, który nie zmienia się w czasie pod względem kierunku i wartości.

Źródłami prądu stałego są ogniwa galwaniczne, baterie i generatory prądu stałego.

Prąd elektryczny ma określony kierunek. Za kierunek prądu przyjmuje się kierunek ruchu cząstek naładowanych dodatnio. Jeżeli prąd powstaje w wyniku ruchu ujemnie naładowanych cząstek, kierunek prądu uważa się za przeciwny do kierunku ruchu tych cząstek.

Pojęcie natężenia prądu służy do ilościowego określenia prądu w obwodzie elektrycznym. Natężenie prądu to ilość energii elektrycznej Q przepływającej przez przekrój przewodnika w jednostce czasu.

Jeśli w czasie t przez przekrój przewodu poruszyła się ilość energii elektrycznej Q, wówczas siła prądu wynosi I \u003d Q / t.

Jednostką natężenia prądu jest amper (A).

Gęstość prądu A / mm2 to stosunek natężenia prądu I do powierzchni Przekrój Przewód F:

W zamkniętym obwodzie elektrycznym prąd powstaje pod działaniem źródła energii elektrycznej, które wytwarza i utrzymuje różnicę potencjałów na swoich zaciskach; mierzone w woltach (V).

Ważną cechą obwodu elektrycznego jest rezystancja; siła prądu w przewodzie przy danym napięciu zależy od tej wartości. Rezystancja przewodnika jest rodzajem miary oporności przewodnika na przepływający w nim prąd elektryczny. Rezystancja elektryczna jest mierzona w omach (Ohm). Szeroko stosowany i odwrotność rezystancji (1 / Ohm), która nazywana jest przewodnością.

Rezystancja zależy od materiału przewodnika, jego długości l i pola przekroju F, tj.

Gdzie ρ jest opornością przewodnika.

Rezystywność w jednostkach SI jest liczbowo równa rezystancji przewodnika w kształcie sześcianu o krawędzi 1 m, jeśli prąd przepływa pomiędzy dwiema przeciwległymi ścianami sześcianu.

Rezystancja przewodników zmienia się wraz ze zmianą ich temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rezystancja przewodników metalowych. Odporność węgla, roztworów i roztopów soli i kwasów maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Oznaczając przez R 0 rezystancję przewodnika w temperaturze 0 ° C, otrzymujemy dla rezystancji w dowolnej temperaturze wzór R \u003d R 0 (l + αt), gdzie α jest współczynnikiem cieplnym oporu, pokazując względną przyrost oporność gdy przewodnik jest podgrzewany o 1 ° C.

Ta właściwość jest wykorzystywana w przewodowych czujnikach temperatury.

Zależność między różnicą potencjałów (napięciem) na zaciskach obwodu elektrycznego, rezystancją i prądem w obwodzie wyraża prawo Ohma.

Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka jednorodnego obwodu siła prądu jest wprost proporcjonalna do wartości przyłożonego napięcia, tj. I \u003d U / R, gdzie U jest napięciem na zaciskach obwodu B; R - rezystancja, Ohm; Ja - aktualna siła, A.

W praktyce równoległe, szeregowe i mieszane połączenie elementy obwodów elektrycznych. Na połączenie równoległe elementy, takie jak rezystory, ich wyprowadzenia są połączone ze wspólnymi punktami węzłowymi i każdy rezystor jest włączany dla napięcia przyłożonego do punktów węzłowych A i B (rys. 1).

Całkowitą rezystancję obwodu określa wzór: 1 / R 0 \u003d 1 / R 1 +1 / R 2 +1 / R 3

Na połączenie szeregowe elementy celów elektrycznych są włączane jeden po drugim, tj. początek następnego jest połączony z końcem poprzedniego (ryc. 2).

Prąd elektryczny w obwodzie z połączeniem szeregowym jest wspólny dla wszystkich elementów.

Całkowitą rezystancję obwodu, gdy rezystory są połączone szeregowo, oblicza się według wzoru R 0 \u003d R 1 + R 2 + R 3

Powyższe wzory można wykorzystać do obliczenia całkowitej rezystancji dowolnej liczby rezystorów połączonych równolegle lub szeregowo.

Praca wykonana przez prąd elektryczny na jednostkę czasu (sekundę) nazywana jest mocą i jest oznaczona literą P. Wartość ta charakteryzuje się intensywnością pracy wykonywanej przez prąd. Moc określa wzór P=W/t=UIt/t=UI.

Jednostką miary mocy jest wat (W). Wat to moc, przy której jeden dżul pracy jest wykonywany równomiernie na sekundę. Wtedy powyższy wzór można zapisać następująco: W=Pt.

Wiele jednostek mocy: kilowat-1 kW = 1000 W i megawat-1 MW = 1 000 000 W.

Jednostką miary energii elektrycznej – kilowatogodzina (kWh) jest praca wykonywana przy stałej mocy 1 kW przez 1 godzinę.

Wyrażenie na moc prądu elektrycznego można przekształcić, zastępując zgodnie z prawem Ohma napięcie U = IR. W rezultacie otrzymujemy trzy wyrażenia na moc prądu elektrycznego

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

Duże znaczenie praktyczne ma fakt, że tę samą moc prądu elektrycznego można uzyskać przy niskim napięciu i dużym prądzie lub przy wysokim napięciu i małym prądzie.

Prąd elektryczny płynący przez przewodnik ogrzewa go. Ilość ciepła uwolnionego w przewodniku jest określona przez nj wzór Q-I 2 Rt.

Ten związek nazywa się prawem Joule-Lenza.

Przewody są zwykle izolacja elektryczna, co pogarsza warunki chłodzenia rdzenia przewodzącego prąd. Ponadto izolacja, w zależności od rodzaju materiału, z którego jest wykonana, może wytrzymać określoną (dopuszczalną) temperaturę ogrzewania. Ilość drutów i sposób ich ułożenia również znacząco wpływa na warunki ich chłodzenia.

Przy projektowaniu przewodów elektrycznych dobiera się takie odcinki i marki przewodów, aby ich temperatura nie przekraczała dopuszczalnych wartości. Minimalny przekrój przewodu dla danej siły prądu określa się z tabeli długookresowych dopuszczalnych obciążeń prądowych na przewodach i kablach. Tabele te są podane w podręcznikach elektrycznych oraz w „Przepisach instalacji elektrycznej” (PUE).

W oparciu o prawo Ohma i prawo Joule-Lenza można przeanalizować zjawisko, które zachodzi, gdy przewody są ze sobą bezpośrednio połączone, dostarczając prąd elektryczny do obciążenia. Na uwagę zasługuje zjawisko, w którym prąd płynie krócej, z pominięciem obciążenia (zwarcie).

Rysunek 3 przedstawia schemat włączenia żarówki elektrycznej w sieć elektryczna. Jeśli rezystancja tej lampy wynosi R \u003d 484 Ohm, a napięcie sieciowe wynosi U \u003d 220 V, to prąd w obwodzie lampy zgodnie z równaniem

Rozważmy przypadek, w którym przewody prowadzące do żarówki są połączone przez bardzo mały opór, taki jak gruby metalowy pręt. W tym przypadku prąd obwodu, przechodząc do punktu A, rozgałęzia się po dwóch ścieżkach: jedna, w większości, będzie podążać ścieżką o niskiej rezystancji - metalowy pręt, a druga, niewielka część prądu - wzdłuż ścieżki z wielki opór- żarówka.

W rzeczywistości podczas zwarcia napięcie sieciowe będzie mniejsze niż 220 V, ponieważ duży prąd w obwodzie spowoduje duży spadek napięcia, a zatem prąd przepływający przez metalowy pręt będzie nieco mniejszy. Niemniej jednak prąd ten będzie wielokrotnie większy niż prąd, który wcześniej płynął przez obwód.

Zgodnie z zależnością Q=I 2 Rt przepływający przez przewody prąd wytwarza ciepło, a przewody nagrzewają się. W naszym przykładzie przekrój przewodów został zaprojektowany dla małego prądu - 0,455 A. Przy podłączaniu przewodów krótszą drogą, z pominięciem obciążenia, przez obwód przepływa bardzo duży prąd - 22 000 A. Taki prąd spowoduje uwolnienie dużej ilości ciepła, które doprowadzi do zwęglenia i zapłonu przewodów izolacyjnych, stopienia materiału drutu, uszkodzenia elektrycznych przyrządów pomiarowych, stopienia styków przełączników, przełączników nożowych itp. Źródło energii elektrycznej zasilanie takiego obwodu również może ulec uszkodzeniu. Przegrzanie przewodów może spowodować pożar.

Każde okablowanie elektryczne jest zaprojektowane dla określonego prądu.

Awaryjny tryb działania obwodu, gdy ze względu na spadek jego rezystancji prąd w nim gwałtownie wzrasta w porównaniu do normalnego, nazywany jest zwarciem.

Ze względu na niebezpieczne, niszczące, a czasem nieodwracalne skutki zwarcia, podczas instalacji i eksploatacji należy przestrzegać pewnych warunków. instalacje elektryczne. Najważniejsze z nich to:

• 1. Izolacja przewodów musi być dostosowana do napięcia sieci i warunków pracy.
• 2. Przekrój przewodów musi być taki, aby ich nagrzewanie przy normalnym obciążeniu nie osiągnęło niebezpiecznej wartości.
• 3. Ułożone przewody muszą być zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi.
• 4. Połączenia i odgałęzienia powinny być tak samo zaizolowane jak przewody.
• 5. Przewody należy poprowadzić przez ściany, stropy i podłogi tak, aby były zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi, chemicznymi, wilgocią i nie stykały się ze sobą.

Aby uniknąć nagłego, niebezpiecznego wzrostu prądu w obwodzie elektrycznym podczas jego zwarcia, obwód jest chroniony bezpiecznikami lub przekaźnikami prądu maksymalnego.