Какой ток в аккумуляторе постоянный или переменный: «Батарейка это переменный ток или постоянный?» – Яндекс.Кью

Содержание

В чем разница между постоянным и переменным током — T&P

Если вдоль всего Садового кольца встанут люди, возьмутся за руки, и одновременно будут шагать в одну сторону, то через каждый перекресток будет проходить много людей. Это постоянный ток. Если же они будут делать пару шагов вправо, потом влево, через каждый перекресток пройдет много людей, но это будут одни и те же люди. Это переменный ток.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает —  это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

постоянный или переменный ток? / Статьи и обзоры / Элек.ру

Основной недостаток легковых электромобилей — значительное время зарядки аккумуляторов, обычно составляющее не менее 3 часов. Уменьшение этого времени до получаса делает зарядку электромобиля сопоставимой с заправкой обычного авто бензином. Все равно полчаса на автозаправке вы и так потратите за чашкой кофе и покупкой в местном магазине. Такое короткое время зарядки уже стало реальностью, если заряжать автомобиль от постоянного тока. Почему же тогда зарядные станции на переменном токе не ушли в прошлое?

Практически любой современный электромобиль (кроме отдельных спортивных моделей, не имеющих широкого распространения) может заряжаться от обычной электрической розетки. Наличие такой функции позволяет не остаться без движения в местностях, где нет специальных зарядных станций. Например, аккумуляторы сели недалеко от глухой деревни, и вы попросились на постой к сердобольным местным жителям.

Тесла зарядное устройство

Зарядка от бытовой розетки имеет свои ограничения. Напряжение питания 230 В (по старому стандарту — 220 В) переменного тока. Конструкция розетки и используемые провода ограничивают силу тока значением 16 А. Для того, чтобы полностью зарядить батарею аккумуляторов электромобиля Tesla Model S 75D, потребуется примерно 21 час — почти сутки!

Но в экстренной ситуации и не ставится задача зарядить аккумуляторную батарею полностью, главное — дотянуть до ближайшей станции зарядки. Многие (но не все!) модели электромобилей поддерживают заряд на переменном токе как принятый в России и Евросоюзе стандарт 230 В, так и американский 120 В и даже японский 100 В.

Type 2Наиболее распространенный тип разъема для зарядки переменным током — Type 2

Самостоятельно заряжать электромобиль у себя дома можно в том случае, если вы живете в отдельном коттедже или таунхаусе. В таких зданиях обычно имеются еще и трехфазные розетки 400 В (по старому стандарту — 380 В) переменного тока. Зарядка той же Tesla Model S 75D от трехфазной розетки займет уже 7 часов. Можно заряжать авто ночью, пока вы спите, а днем зарядки хватит примерно на 500 км пробега.

В том случае, если линия, подающая электроэнергию в коттедж или секцию таунхауса, способна выдерживать ток порядка 80–100 А, можно дополнительно ускорить процесс, установив личную зарядную станцию на переменном токе. Она подключается напрямую к электрическому щиту дома, поэтому на ее работу не оказывают влияние ограничения, связанные с розетками и проводкой. Время зарядки сокращается до 4 часов.

К зарядным станциям коллективного пользования, как правило, прокладывают линии, способные передавать мощность порядка десятков кВт. Зарядка электромобиля производится трехфазным переменным током. Наиболее распространенный разъем для такого рода зарядки в европейских странах, в том числе и в России, — Type 2. Массовое распространение на парковках офисов, торговых центров и прочих публичных мест получили зарядные станции мощностью 22 кВт, у которых ток зарядки не равен 32 А. Полностью «заправить» электромобиль Tesla Model S 75D на них можно за 3 часа.

Поскольку на таких стоянках оставляют машину на время работы, шоппинга или посещения ресторана, делать более быстродействующие, а значит, и дорогие зарядные станции не имеет экономического смысла.

Максимальная сила тока, которую выдерживает разъем Type 2, — 63 А. Это соответствует мощности зарядной станции на трехфазном переменном токе 43 кВт. Но такой режим поддерживают не все электромобили.

Преимущества и недостатки переменного тока

Непосредственно аккумуляторы всегда заряжаются постоянным током. Поэтому в электромобиль встроено зарядное устройство, которое преобразует поступающий со станции переменный ток в постоянный и регулирует параметры зарядки. Как уже отмечалось, наличие такого устройства для любого электромобиля обязательно, иначе он не сможет подзарядиться в критической ситуации.

Зарядное на переменном токеЗарядные станции на переменном токе компактны и имеют простую
конструкцию, что обусловило их массовое использование

Конструкция станции на переменном токе предельно простая. В ней есть системы защиты как электромобиля, так и электрической сети от нештатных ситуаций, и, при необходимости, биллинговая система, позволяющая продавать услугу зарядки.

Тем не менее размещение основных узлов зарядного устройства на борту электромобиля ограничивает скорость зарядки на переменном токе. Чем выше скорость зарядки, тем больше сила тока. В свою очередь, это влечет за собой увеличение массы и габаритов электронных узлов, отвечающих за зарядку. А еще увеличение скорости зарядки потребует улучшения отвода тепла от электронных узлов. Ограничения по массе, габаритам и возможностям отвода тепла в легковом электромобиле определили предел тока зарядки в 32 А. Он характерен как для большинства массовых моделей электромобилей.

Некоторые электромобили поддерживают зарядку переменным током 63 А. Например, она есть в автомобилях Renault Zoe. Время «заправки» для пробега в 500 км сокращается до 1,5 ч.

Зарядка постоянным током

Значительно ускорить зарядку можно, если на станции подключаться к аккумулятору напрямую. При таком подходе уже нет ограничений по размерам и массе зарядного устройства, так как все его узлы размещены вне кузова электромобиля. Естественно, напрямую на аккумуляторы можно подавать только постоянный ток.

Рабочее напряжение аккумуляторной батареи в современных электромобилях обычно составляет 400–450 В. Поэтому в качестве стандарта для зарядки на постоянном токе приняли напряжение 500 В.

Параметры зарядных станций для электромобилей в России регламентируются ГОСТ Р МЭК 61851-1-2013 «Системы токопроводящей зарядки электромобилей», являющимся адаптацией международного стандарта IEC 61851-1. Стандартизация вилок и розеток на зарядных станциях осуществляется на основании ГОСТ Р МЭК 62196-1-2013 и ГОСТ Р МЭК 62196-2-2013 «Вилки, штепсельные розетки, соединители и вводы для транспортных средств. Кондуктивная зарядка для электромобилей», части 1 и 2. Эти стандарты являются адаптацией IEC 62196-1 и IEC 62196-2.

При зарядке постоянным током интерфейс между станцией и электромобилем обязательно должен содержать канал передачи данных от транспортного средства к зарядке. На основании этой информации станция определяет тип и текущее состояние аккумуляторной батареи, точно подстраивая напряжение и некоторые другие параметры зарядки.

Для зарядки на постоянном токе используются разъемы CHAdeMO, CCS и Tesla Type 2. Зарядные станции с разъемами CHAdeMO и CCS имеют мощность 50 кВт. Такая мощность позволяет за 1,5 часа зарядить электромобиль для пробега 500 км. Следует отметить, что наличие разъема CHAdeMO или CCS в электромобиле автоматически означает поддержку ультрабыстрой зарядки мощностью 50 кВт, даже если такая зарядка на переменном токе не поддерживается. Например, Nissan Leaf (кроме отдельных серий) поддерживает ультрабыструю зарядку только на постоянном токе.

Rеnault Zoe гибридRеnault Zoe — один из немногих легковых электромобилей, поддерживающий зарядку переменным током 63 А

Электромобили Tesla для зарядки на постоянном токе используют собственный разъем Tesla Type 2. Тем не менее предусмотрена возможность зарядки электромобилей данной марки через разъемы CHAdeMO или CCS с использованием специальных адаптеров, приобретаемых пользователем отдельно.

Разъем Tesla Type 2 имеют зарядные станции Tesla Supercharger, специально предназначенные для легковых и грузовых электромобилей данной марки. Рабочее напряжение такой станции составляет 480 В, мощность может достигать 150 кВт. Уже упоминавшийся в качестве примера электромобиль Tesla Model S 75D заряжается от подобной станции на 80 % за полчаса.

Столь высокая скорость зарядки достигается благодаря тому, что аккумуляторные батареи и зарядная станция идеально подогнаны друг к другу. Станции других типов ориентированы на обслуживание электромобилей разных марок, из-за чего приходится идти на компромиссы.

Помимо мировых лидеров вроде Tesla, Schneider Electric и ABB, выпуск зарядных станций на постоянном токе освоили и российские компании. Первой такой станцией стала «Фора ЭЗС-DC» производства Рязанского радиотехнического завода (входит в госкорпорацию «Ростех»). Она поддерживает интерфейсы CHAdeMO или CCS, а также ультраскоростную зарядку на переменном токе через Type 2. Компания «Промэлектро» создала недавно свою бюджетную модель зарядной станции на постоянном токе.

Российская зарядка Фора ЭЗС-DCРоссийская зарядная станция на постоянном токе «Фора ЭЗС-DC»
производства Рязанского радиотехнического завода

К недостаткам постоянного тока следует отнести высокую стоимость зарядной станции в комплекте с кабелем — от 5000 долл. Для сравнения, цены на зарядные станции, работающие на переменном токе, начинаются с 1500 долл., с учетом стоимости кабеля.

Также распространено мнение, что зарядные станции на постоянном токе снижают срок службы аккумуляторов. На самом деле, ресурс аккумуляторов снижается при любых способах ускоренной зарядки. Чтобы уменьшить влияние данного фактора, на некоторых станциях ультрабыстрая зарядка ограничивается 80 % емкости аккумуляторной батареи.

Неоднозначные перспективы

Действующий стандарт зарядки электромобилей на постоянном токе рассчитан на аккумуляторные батареи с рабочим напряжением 450 В. Таково сегодняшнее видение ситуации конструкторами электромобилей. Но уже сейчас проводятся исследования, показывающие, что для повышения эффективности и ходовых качеств электромобилей потребуется повышать напряжение батареи, вплоть до 900 В. Также ожидается, что в ближайшее время аккумуляторы в электромобилях будут вытеснены суперконденсаторами. Оба события потребуют переделывать или просто заменять оборудование зарядных станций на постоянном токе. В то же время зарядные станции на переменном токе смогут без проблем обслуживать как машины с 900 В аккумуляторами, так и электромобили на суперконденсаторах.

Поэтому развитие сетей зарядных станций на переменном токе еще долго будет интересовать инвесторов. Такие станции не только стоят недорого, но еще и защищают инвестиции, поскольку совместимы с электромобилями будущего.

Тем не менее и станции на постоянном токе способны занять свою нишу на рынке при установке их на крупных магистралях федерального значения. За счет обслуживания большого потока машин инвестиции окупятся быстрее, чем поменяются стандарты.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок» №3 2020

Знакомимся- постоянный и переменный ток.

Знаете ли вы чем отличается постоянный ток от переменного?

Вспоминается забавный случай из студенчества: как то один студент с жаром доказывал мне что в розетке ток- постоянный (он же там все время есть!Smile), а в батарейке- переменный (батарейка села- тока нет, значит он переменныйSmile) …

 

Конечно же это не так. Переменный ток назван так потому, что он периодически (регулярно) изменяет свое значение- от максимального до минимального или как еще говорят- изменяется по синусоидальному закону . Если представить переменный ток в виде графика- то это будет синусоида.

Причем меняет переменный ток не только свое значение (силу) но и направление.

Если выразиться образно- это как иголка у швейной машинки двигается вверх-вниз с частотой 50 раз в секунду, так и переменный ток 220 вольт в квартирной розетке-  изменяется с частотой 50 Герц или 50 раз в секунду.

Частота изменения переменного тока 50 Герц строго регламентирована и четко поддерживается на электростанциях специальной релейной защитой.

Уменьшение частоты влечет за собой серьезную аварийную ситуацию вплоть до развала энергосистемы!

Уменьшение частоты провоцирует слишком большая нагрузка (перегруз) генераторов электростанций, поэтому в таких случаях автоматика начинает отключать постепенно нагрузку до тех пор, пока частота не восстановится до номинальной.

За это отвечает автоматика АЧР- автоматическая частотная разгрузка.

Вот вкратце и все по переменому току.

Переходим к постоянному. Постоянный ток- он и в Африке постоянныйSmile . Он постоянен и по времени и по значению. Если в аккумуляторе напряжение 12 Вольт- то в любой момент времени это значение не меняется и составляет 12 Вольт.

Если представлять постоянный ток в виде графика- то это будет прямая горизонтальная линия.

Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.

Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами)

Простейшим источником постоянного тока является химический источник (гальванический элемент или аккумулятор), поскольку полярность такого источника не может самопроизвольно измениться.

Для получения постоянного тока используют также электрические машины — генераторы постоянного тока.

В электронной аппаратуре, питающейся от сети переменного тока, для получения постоянного тока используют выпрямитель.

Уроки электрика!

Как из постоянного тока сделать переменный? Какой ток опаснее

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь. Ответы на вопросы о том, как из постоянного тока сделать переменный, какое напряжение должно быть в квартире и какой ток опасен, современный человек должен знать, чтобы избежать поражения и гибели от него.

Способы получения электричества

Сегодня невозможно представить свою жизнь без электроэнергии. Ежедневно все население нашей планеты использует миллионы ватт электричества для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Но очередной раз, включая электрочайник, человек не задумывается о том, какой путь пришлось проделать электричеству, чтобы он смог заварить себе утреннюю чашку ароматного кофе.

как из постоянного тока сделать переменный

Существует несколько способов получения электричества:

  • из тепловой энергии;
  • из энергии воды;
  • из атомной (ядерной) энергии;
  • из ветровой энергии;
  • из солнечной энергии и др.

Для того чтобы понять природу возникновения электрической энергии, рассмотрим несколько примеров.

Электричество из энергии ветра

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Самый простой способ его получения — энергия природных сил.

В данном примере от энергии ветра. Природный феномен дующего с различной силой ветра люди научились использовать давно. Укрощает ветер простой ветряк, оборудованный приводом и соединённый с генератором. Генератор и вырабатывает электрическую энергию.

преобразователь dc ac

Излишки тока при постоянном использовании ветряка можно накапливать в аккумуляторных батареях. Выработанный постоянный экологически чистый ток в быту и производстве не применяется.

Полученный и преобразованный в переменный ток, он идет для бытового использования. Накопленные излишки электричества хранятся в аккумуляторных батареях. При отсутствии ветра запасы электричества, хранящиеся в аккумуляторах, преобразуются и поступают на нужды человека.

Электроэнергия из воды

К большому сожалению, этот вид природной энергии, дающий возможность получать электричество, не везде имеется. Рассмотрим способ получения электричества там, где воды много.

Простейшая ГЭС, сделанная из дерева по принципу мельницы, размер которой порядка 1,5 метров, способна обеспечить электричеством, используемым и на отопление, частное подсобное хозяйство. Такую бесплотинную ГЭС сделал русский изобретатель, уроженец Алтая — Николай Ленев. Он создал ГЭС, перенести которую могут два взрослых мужчины. Все дальнейшие действия аналогичны получению электричества от ветряка.

Вырабатывают электричество и крупные электростанции и гидростанции. Для промышленного получения электричества применяют огромные котлы, дающие пар. Температура пара достигает 800 градусов, а давление в трубопроводе поднимается до 200 атмосфер. Этот перегретый пар с высокой температурой и огромным давлением поступает на турбину, которая начинает вращаться и вырабатывать ток.

То же самое происходит и на гидроэлектростанциях. Только здесь вращение происходит за счёт больших скорости и объема воды, падающей с огромной высоты.

схема преобразователя

Обозначение тока и применение его в быту

Постоянный ток обозначается DC. На английском языке пишется как Direct Current. Он в процессе работы со временем не меняет своих свойств и направления. Частота постоянного тока равна нулю. Обозначают его на чертежах и оборудовании прямой короткой горизонтальной черточкой или двумя параллельными черточками, одна из которых пунктирная.

Используется постоянный ток в привычных нам аккумуляторах и батарейках, используемых в огромном числе различного типа устройств, таких как:

  • счетные машинки;
  • детские игрушки;
  • слуховые аппараты;
  • прочие механизмы.

Все ежедневно пользуются мобильным телефоном. Зарядка его происходит через блок питания, компактный преобразователь DC/AC, включаемый в бытовую розетку.

Электрические приборы потребляют переменный однофазный ток. Электроприборы заработают только с подключением трансформатора и выпрямителя тока. Многие производители устанавливают преобразователь DC/AC непосредственно в сам агрегат. Это намного упрощает эксплуатацию электрооборудования.

Как из постоянного тока сделать переменный?

Выше говорилось, что все аккумуляторы, батарейки для фонариков, пультов телевизоров имеют постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, существует современное устройство под названием инвертор, он с легкостью из постоянного тока сделает переменный. Рассмотрим, как это применимо в повседневности.

однофазный переменный ток

Бывает, что во время нахождения в автомашине человеку необходимо срочно распечатать на ксероксе документ. Ксерокс имеется, машина работает и, включив в прикуриватель переходник на инвертор, он может подключить к нему ксерокс и распечатать документы. Схема преобразователя достаточно сложна, особенно для людей, которые имеют отдаленное понятие о работе электричества. Поэтому в целях безопасности лучше не пытаться самостоятельно соорудить инвертор.

Переменный ток и его свойства

Протекая, переменный ток в течение одной секунды меняет направление и величину 50 раз. Изменение движения тока — это его частота. Обозначается частота в герцах.

У нас частота тока 50 герц. Во многих странах, например США, частота равна 60 герц. Также бывает трёхфазный и однофазный переменный ток.

Для бытовых нужд приходит электричество, равное 220 вольтам. Это действующее значение переменного тока. Но амплитуда тока максимального значения будет больше на корень из двух. Что в итоге даст 311 вольт. То есть фактическое напряжение бытовой сети составляет 311 вольт. Для изменения постоянного тока на переменный применяются трансформаторы, в которых используются различные схемы преобразователей.

преобразователь переменного тока

Передача тока по высоковольтным линиям

Все электрические наружные сети несут по своим проводам переменный ток различного напряжения. Оно может колебаться от 330000 вольт до 380 вольт. Передача осуществляется только переменным током. Данный способ транспортировки — самый простой и дешёвый. Как из переменного тока сделать постоянный, давно известно. Поставив трансформатор в нужном месте, получим необходимое напряжение и силу тока.

Схемы преобразователей

Самая простая схема решения вопроса о том, как из постоянного тока сделать переменный 220 В, не существует. Это может сделать диодный мост. Схема преобразователя DC/AC имеет в своём составе четыре мощных диода. Мост, собранный из них, создает движение тока в одном направлении. Мостик срезает верхние границы переменных синусоид. Диоды собираются последовательно.

как из переменного тока сделать постоянный 220

Вторая схема преобразователя переменного тока — это параллельное подключение на выход с моста, собранного из диодов, конденсатора или фильтра, который сгладит и исправит провалы между пиками синусоид.

Отлично преобразует постоянный ток в переменный инвертор. Схема его сложна. Используемые детали не из дешевого порядка. Потому и цена на инвертор немаленькая.

Какой электрический ток опаснее – постоянный или переменный?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся на работе и в быту с электроприборами, подключенными в розетки. Ток, бегущий от электрического щита до розетки, однофазный переменный. Происходят случаи поражения электрическим током. Меры безопасности и знания о поражении током необходимы.

какой электрический ток опаснее постоянный или переменный

В чем принципиальная разница между попаданием под напряжение переменным током и постоянным? Имеется статистика, что переменный DC однофазный ток в пять раз опаснее постоянного AC тока. Поражение током, вне зависимости от его типа, само по себе отрицательный факт.

Последствия от поражения током

Небрежность в обращении с электроприборами может, мягко говоря, негативно сказаться на здоровье человека. Поэтому не стоит экспериментировать с электричеством, если на то нет специальных навыков.

как из постоянного тока сделать переменный

Действие тока на человека зависит от нескольких факторов:

  • сопротивления тела самого потерпевшего;
  • напряжения, под которое попал человек.
  • от силы тока на момент контакта человека с электричеством.

С учетом всего перечисленного можно сказать, что действие переменного тока намного опаснее, чем постоянного. Имеются данные экспериментов, подтверждающие факт, что для получения равного результата при поражении сила постоянного тока должна быть в четыре — пять раз выше, чем переменного.

Сама природа переменного тока отрицательно сказывается на работе сердца. При поражении током происходит непроизвольное сокращение сердечных желудочков. Это может привести к его остановке. Особенно опасно соприкосновение с оголенными жилами людям, имеющим сердечный стимулятор.

У постоянного тока частота отсутствует. Но высокие напряжение и сила тока могут привести также к летальному исходу. Выйти из под контакта с постоянным электрическим током проще, чем из-под контакта с переменным.

как из постоянного тока сделать переменный

Этот небольшой обзор природы электрического тока, его преобразования должен быть полезен людям, далеким от электричества. Минимальные познания в области происхождения и работы электроэнергии помогут понять суть работы обычных бытовых приборов, которые так необходимы для комфортной и спокойной жизни.

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток / Хабр

Война токов завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.

Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.


Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.

И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.

источник картинки: выключатель-автоматический.рф

Дополнения от Bronx и AndrewN:

Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.

Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.

Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.

Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.

Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.

Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.

Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.

Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.
Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.

Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.

При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.
Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:
Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.

Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.

Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть схемы различных ЭПРА, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.

источник картинки: aliexpress.com

Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.

Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.

Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.

источник картинки: bigclive.com

Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.

источник картинки: powerelectronictips.com
Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.
Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».
У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.
В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.
Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.
Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.
Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:

Раз
Два

Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.
Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.

В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.

Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.

Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.

Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.

По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.

Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.

Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.

После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).

К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Какой ток в розетке: постоянный или переменный

Электричество является одной из главных составляющих обеспечения повседневной жизни современного человека, но далеко не каждый обыватель имеет представление хотя бы о том, какой ток в розетке постоянный или переменный, не говоря уже о его других основных параметрах и свойствах, о которых надо знать.

Виды тока

Постоянный и переменный токДля того чтобы иметь представление о том, какой ток в розетке вашего дома, не стоит останавливаться на изучении физического понятия этого явления, эти данные можно получить из различной справочной литературы или из школьных учебников. Достаточно ограничиться знаниями, что человечество пользуется двумя его видами:

  1. Постоянный ток, источниками которого, как правило, являются аккумуляторы, гальванические элементы (электрические батарейки различных видов), солнечные батареи, термопары. Он находит широкое применение в бортовых сетях автомобильного и воздушного транспорта, электронных схемах компьютеров, систем автоматики, радио и телеаппаратуры. Постоянным током запитаны контактные сети железных дорог, он обеспечивает работу энергетических установок ряда кораблей и судов.
  2. Переменный ток. Более 90% всей электроэнергии, которая генерируется для нужд человечества, вырабатывается генераторами переменного тока. Столь широкое распространение объясняется тем, что переменный ток, в отличие от постоянного, имеет способность передаваться на большие расстояния, а трансформаторные подстанции изменять величины его напряжения до необходимых значений, без ощутимых потерь.

Отличия постоянного и переменного токаВышеуказанное свойство переменного тока дает ответ на вопрос, почему основной вариант энергообеспечения выбран в его пользу. При этом нельзя принижать значение постоянного тока, он выполняет другие, но не менее значимые функции, главная из которых обеспечение работы электроники.

Параметры домашней электрической сети

После выяснения того, что ток в розетке наших домов переменный, необходимо знать его главные параметры, которым относятся величина напряжения, и частота. Напряжение домашних электрических сетей составляет 220в. Весь мир пользуется электричеством с частотой 50 Герц, за исключением США, где этот параметр имеет значение 60 Гц.

По проводу фактических значений напряжения и частоты необходимо знать:

  1. Частота 50 Гц задается генерирующим устройством электростанции и всегда соответствует заданному значению.
  2. Напряжение в отдельно взятом доме или квартире может отличаться от номинального значения 220 В. На это могут оказывать влияние техническое состояние, величина и распределение нагрузки сети, питающей многоквартирный дом или жилой район, степень загруженности ее трансформаторной подстанции. Эти отклонения, могут быть весьма значительными и достигать 20-25 Вольт. В этом случае целесообразно подключение домашней электросети производить через стабилизатор напряжения.

Токовая нагрузка

Каждая электрическая розетка снабжена маркировкой, ограничивающей ее токовую нагрузку. К примеру, «5 А» означает, что сила тока, возникающая в результате работы подключенного потребителя, не должна превышать 5 Ампер. Это очень важно, ибо невыполнение данных условий может преждевременно вывести из строя розетку или же вызвать ее возгорание.

Маркировки на розетках

Маркировки на розетках

Электрические приборы, выпускаемые промышленностью, снабжены паспортом с указанием потребляемой мощности, или же номинальной токовой нагрузки. К наиболее энергоемким бытовым потребителям относятся СВЧ-печи, сплит системы, автоматизированные стиральные машины, электрические кухонные плиты и духовые шкафы, подключение данных приборов необходимо производить к розеткам, обеспечивающим работу с нагрузкой не менее 16 Ампер.

Как быть, если некоторые электротехнические изделия снабжены только данными о мощности, а сведений о потребляемых амперах изготовитель не указывает. Определить приблизительные величины токовых значений очень просто при помощи формулы электрической мощности

W = U x I

Где W – мощность, U – напряжение, I – сила тока.

Мощность (указана в паспорте) и напряжение сети известны, для того чтобы найти потребляемый ток, необходимо значение мощности в Ваттах (не в килоВаттах) разделить на величину напряжения 220в.

Как трехфазный ток преобразуется в однофазный

Осталось разобраться, почему мы пользуемся однофазным током с напряжением, величина которого составляет именно 220 Вольт. Для этого необходимо проследить путь, и трансформацию электроэнергии от электростанции до розетки в доме потребителя.

Мощные электростанции вырабатывают напряжение порядка 200 300 тысяч вольт, затем эта электроэнергия передается по высоковольтным ЛЭП на групповые распределительные подстанции, обслуживающие города, районы, крупные промышленные предприятия. Здесь происходит понижение напряжения, как правило, до 6000 Вольт и дальнейшая подача электричества на понижающие подстанции, трансформаторы которых снижают высокое напряжение до 380 Вольт.

Схема распределения электроэнергии между домами

Низковольтная сторона понижающей трансформаторной подстанции 6000/380 выдает три фазы и нейтральный или, как говорят, нулевой провод. Напряжение, замеренное между фазами, называется линейным (Uл), в данном случае она имеет величину 380 В. Подключение отдельно взятых потребителей производится от одной фаза и нейтрального провода, в результате чего в дом поступает переменный однофазный ток с фазным напряжением 220в.

Схема распределения электроэнергии между домами

Схема распределения электроэнергии между домами

какое напряжение в розетке, почему в розетке переменный ток

Людям, знающим основы электротехники известно, что в розетке возникает переменный ток. Подобным типом электроэнергии намного проще управлять, в том числе передавать его на дальние расстояния.

В розетке ток или напряжение (+ какое напряжение)

Существует три основных параметра электрической сети:

  • Ток – измеряется в Амперах (А).
  • 2. Частота – в Герцах (Гц).
  • 3. Напряжение – в Вольтах (В).

Что такое сила тока

Величина частоты зависит от генерирующих устройств, поэтому остается постоянной. Напряжение в сети может отличаться от номинального из-за возникновения помех. На показатель оказывает влияние состояние оборудования, нагрузка, а также загруженность трансформаторной подстанции. Параметр может отклоняться от основного в пределах 20 – 25 Вольт.

Важно! Если в электрической сети отмечаются скачки напряжения, то от этого страдает работоспособность техники, и без подключения стабилизаторов не обойтись.

Какое напряжение (постоянное или переменное) и сила тока в квартире, можно узнать по соответствующим маркировкам на розетках заводов-изготовителей.

На розетках указывается символика, по которой можно понять, какая допустимая нагрузка может проходить через устройство. Для того, чтобы исключить выход из строя технического оборудования, необходимо придерживаться предельно допустимых значений. Приборами, потребляющими большое количество электроэнергии, являются кондиционеры, печи СВЧ, плиты и стиральные агрегаты. В связи с этим обстоятельством обойтись без розетки номиналом меньшим, чем 16А, не представляется возможным.
Измерение напряжения в розетке возможно с помощью индикатора, тестера либо посредством эмпирического отслеживания. Стандартное напряжение в бытовой сети составляет 220 Вольт – какой ток? В данном случае речь идёт о номинальном показателе для жилых помещений при однофазной проводке.

Проводник

Как определить, какой ток в розетке

Какое напряжение в розетке и сила тока – постоянное или переменное, можно определить несколькими способами:

  • Амперметром. Это специализированный прибор для измерения силы показателя. Значения можно увидеть на шкале посредством соединения розетки, потребителя и амперметра.

Амперметр

  • Мультиметр. Это комбинированное устройство, объединяющее в своей цепи омметр, вольтметр и амперметр.
  • Расчетным способом. Для того, чтобы определить, какой ток в розетке, необходимо знать показатель мощности прибора. В сеть подается ток с напряжением в 220В, поэтому расчет силы прост: значение мощности разделить на напряжение. Так несложно вычислить ток при включении утюга, мощностью 2,0 кВт, получается, 9.09 Ампер. Таким образом, если напряжение в сети 220 В, то какой по показателю ток протекает в сети, зависит от мощности.

Стоит отметить! Погрешность при измерениях зависит от класса точности устройств, перечисленных в пунктах 1 и 2.

Переменный

Почти 98% электроэнергии вырабатываемой домашней электросетью – переменный ток. Этот ток изменяет как направление, так и величину. При передаче электроэнергии внутри сети, напряжение либо увеличивается, либо уменьшается, в связи чем розетки выпускаются для переменного показателя. Существуют электроприборы, питающиеся от источника постоянного показателя, поэтому их следует привести к одному типу с использованием преобразователей.

Закон Ома

Основные преимущества переменного тока:

  • Передача на длинные расстояния.
  • Позволяет использовать стандартное генераторное оборудование.
  • Отсутствует полярность при подключении.

Однако у данного тока также имеется ряд недостатков:

  • Потери в цепи обязывают подбирать розетки с учётом понижающего коэффициента 0,7.
  • Возникает электромагнитная индукция, в связи, с чем электричество не всегда распределяется равномерно.
  • Проверка и измерение значений осуществляются по сложной схеме.
  • Увеличение показателя сопротивления, так как кабель не задействован в полном объеме.

Переменное значение

Постоянный

При упорядоченном движении заряженных частиц в едином направлении, ток называется постоянным, и возникает он в сети с неизменным напряжением при стабильной полярности зарядов. Используется в промышленных автономных установках, что исключает необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния.

Использование постоянного показателя предусматривается в автономных системах, к примеру, в автотранспорте, летательных средствах, морской технике и электропоездах. Широкое использование он получил при организации питания микросхем электроники, средств связи и иной техники, где количество помех максимально сводится к минимуму, вплоть до их полной ликвидации.

В некоторых случаях он нашел применение в сварочных агрегатах, а также в железнодорожных локомотивах, медицине при введении в организм лекарственных препаратов посредством электрофореза.

Постоянный ток

Почему в розетке переменный ток

Еще в позапрошлом веке Тесла выдвинул гипотезу, что электричество в жилых помещениях (квартирах и домах) должно быть переменным. Ученый обосновал, что применение токов этого вида наиболее приемлемо, исходя из следующих заключений:

  • Передается по проводам с наименьшими потерями.
  • Легко поддается трансформации.
  • Намного безопаснее по отношению к постоянному.

Постоянный ток отличают противоположные свойства:

  • Проходит по проводке с большими потерями.
  • Процесс трансформации из одного напряжения в иное проходит сложно.

Основной вывод – использование тока переменного значения непосредственно связано с безопасностью и потерями в линиях электрических проводов. Для снижения расходов на электроэнергии напряженье должно быть высоким. На вышках электропередач проходит ток высокого напряжения 1000В, 10000В, а также 500000В. Хотя это и представляет опасность для жизни, но обуславливает экономичность. Для трансформации электроэнергии обустраивают трансформаторные будки, откуда ток на выходе имеет напряжение 380В или 220В.

Можно привести пример: в качестве трансформатора берется зарядное устройство для мобильного телефона, и она полностью безопасна, так как в ней встроен преобразователь.

Стоит лишь закоротить розетку, то ток с переменным значением автоматически перекрывается и электрической дуги не образовывается. По этим причинам использование переменного показателя гораздо выгоднее и безопаснее.

Количество электричества

Какой ток в батарейках

Из розетки выходит ток переменного значения, так как направление потока электронов меняется. У такого рода тока частота и напряжение разных значений. Следовательно, в розетках – 220В при 50Гц. Нагляднее это выглядит так: в одну секунду поток электронов меняется 50 раз, при этом заряды тоже изменяются с положительных на отрицательные.

Особенно это заметно при включении или подаче электричества в флуоресцентные лампы. При разгоне электронов лампа мерцает, а это означает, что это меняется поток. Максимальный напор потенциала напряжения составляет 220В, при котором осуществляется движение электронов.

Батарейки

Заряд изменяется при переменном токе. Получается, что напряжение бывает либо 100% или 0%. При показателе 100 % необходимо, чтобы провод был большого диаметра, а если заряд непостоянный, то достаточно провода небольшого сечения. По такому проводнику можно переправить большое количество вольт, после чего трансформатор забирает в себя излишки, и остается 220В на выходе.

Внимание! В батарейках или в аккумуляторах постоянный ток, так как направление электронов не изменяется. Зарядка предназначена для его трансформации из переменного в постоянный, в таком виде его выдают аккумуляторы.

Гальванический элемент

Какой ток в 220В и больше

Значение проходящей электроэнергии из розетки определяется в Амперах, при этом напряжение на выходе составляет 220 В.  Получается, что сила тока – физическая величина, равная отношению заряда, который проходит через проводник за определенное время. Если к розетке нет подключения, то электрическая цепь считается разорванной.

Электрооборудование

Когда проводка не защищена автоматикой, то мощность находится под контролем, поэтому значение Ампер в розетке разное при напряжении 220В. Показатель силы в этом случае постоянно растёт до тех пор, пока электрическое оборудование не выйдет из строя.

Профессионалы советуют выбирать розетки на 16 и более Ампер, так как они надежнее, проводка выполняется из кабеля на 2,5 мм2. При выборе розетки, рассчитанной на меньшее количество Ампер, защита может не срабатывать, что нередко приводит к авариям на линии.

Переменный ток — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Огни большого города в размытой экспозиции при движении. При мигании переменного тока линии становятся точечными, а не непрерывными.

Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются, в отличие от постоянного тока, направление которого остается постоянным. Это означает, что направление тока, протекающего в цепи, постоянно меняется взад и вперед. Это делается с любым источником переменного напряжения.

Обычная форма сигнала в цепи питания переменного тока представляет собой синусоидальную волну, потому что это приводит к наиболее эффективной передаче энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, например треугольные или прямоугольные. Недорогие силовые инверторы выдают прямоугольную волну с паузой между сменой направления.

Когда говорят об переменном токе, в основном подразумевают форму, в которой электричество доставляется на предприятия и жилые дома. AC поступает от электростанции.Направление электричества меняется 60 раз в секунду (или 50 раз в некоторых частях мира). Это происходит так быстро, что лампочка не перестает светиться. [1]

Но аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

Никола Тесла экспериментировал с электрическим резонансом и изучал различные системы освещения.Он изобрел асинхронный двигатель, новые типы генераторов и трансформаторов, а также систему передачи энергии переменного тока. [2]

Уильям Стэнли-младший разработал одно из первых практических устройств для эффективной передачи мощности переменного тока между изолированными цепями. Используя пары катушек, намотанных на общий железный сердечник, его конструкция, названная индукционной катушкой, была ранним предшественником современного трансформатора. Система, используемая сегодня, была разработана в конце девятнадцатого века, в основном Николя Тесла.Взносы также сделали Джордж Вестингауз, Люсьен Голар, Джон Диксон Гиббс, Вильгельм Сименс и Оливер Шалленджер. Системы переменного тока преодолели ограничения системы постоянного тока, которую использовал Томас Эдисон для эффективного распределения электроэнергии на большие расстояния.

Гидроэлектростанция Милл-Крик была построена недалеко от Редлендса, Калифорния, в 1893 году. Спроектированная Альмирианом Декером, она использовала трехфазную электроэнергию напряжением 10 000 вольт, которая в конечном итоге стала стандартным методом для электростанций во всем мире.

Электропитание

переменного тока дешевле и проще в изготовлении электронных устройств. Выключатели питания переменного тока также дешевле в производстве. Это дешевле, чем постоянный ток, потому что вы можете очень легко увеличивать и уменьшать ток. Переменный ток может использовать высокое напряжение с меньшим током, чтобы уменьшить потери при подаче энергии. AC снижает нагрев проводов. Электроэнергия постоянного тока может быть отправлена, но при этом будет потеряно много энергии, и вам придется приложить больше усилий, чтобы отправить ее на большие расстояния. Поэтому трансформаторные подстанции у нас не везде.Переменный ток работает, постоянно переключая ток вперед и назад, пока он возвращается к источнику, из которого он пришел. [3]

  • Уильям А. Мейерс, История и размышления о том, как все было: Электростанция Милл-Крик — Создание истории с AC , IEEE Power Engineering Review, февраль 1997 г., стр. 22–24
  • Что такое переменный ток (AC)? — на All About Circuits
  • « AC / DC: в чем разница? «.Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
  • « AC / DC: внутри генератора переменного тока «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
  • Купхальдт, Тони Р., « Уроки электрических цепей: Том II — AC ». 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
  • Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
  • « Переменный ток (AC) «. Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
  • « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
  • Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
  • « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
  • « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество «. Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
  • Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «.JC Physics, 2002.
  • .

  • « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
  • Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
  • « Таблица напряжений, частот, системы телевещания, радиовещания, по странам «.
  • Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
  • 50/60 Гц, информация
  • Цепи переменного тока Анимации и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC
  • Блэлок, Томас Дж., « Эра частотных преобразователей: соединяющие системы различных циклов «. История различных частот и схем взаимного преобразования в США в начале 20 века
  • «Национальная лаборатория высокого магнитного поля — Учебное пособие по переменному току». 1995–2012 гг. Проверено 24 мая 2012 г. CS1 maint: формат даты (ссылка)

.

Электричество переменного тока (AC), Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (редакция 13 февраля 2016 г.)

Электроэнергия переменного тока (AC) — это тип электричества, обычно используемый в домах и на предприятиях по всему миру.

В то время как электричество постоянного тока (DC) течет в одном направлении по проводу, электричество переменного тока меняет свое направление в возвратно-поступательном движении.Направление меняется от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от электросистемы страны.

Электроэнергия переменного тока создается генератором переменного тока, который определяет частоту.

Особенностью электричества переменного тока является то, что напряжение можно легко изменить, что делает его более подходящим для передачи на большие расстояния, чем электричество постоянного тока. Но также переменный ток может использовать конденсаторы и катушки индуктивности в электронных схемах, что позволяет использовать их в широком диапазоне.

Примечание : Обычно мы говорим AC , электричество , а не просто AC, поскольку это также аббревиатура для кондиционирования воздуха. Чтобы избежать недоразумений, нужно быть точным в науке.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • В чем разница между электричеством переменного и постоянного тока?
  • Почему мы используем переменный ток вместо постоянного?
  • Каковы преимущества электроэнергии переменного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



Разница между электричеством переменного и постоянного тока

Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд. Поскольку противоположные заряды притягиваются, они будут двигаться к области, состоящей из положительных (+) зарядов. Это движение облегчается в электрическом проводнике, таком как металлический провод.

Электроны движутся прямо с электричеством постоянного тока

При использовании электричества постоянного тока подключение провода от отрицательной (-) клеммы батареи к положительной (+) клемме заставит отрицательно заряженные электроны устремиться через провод к положительно заряженной стороне.То же самое происходит с генератором постоянного тока, где движение спирального провода через магнитное поле выталкивает электроны из одного вывода и притягивает электроны к другому выводу.

Переменные направления электронов в переменном токе

С генератором переменного тока немного другая конфигурация чередует двухтактное и двухтактное соединение каждой клеммы генератора. Таким образом, электричество в проводе на короткое время перемещается в одном направлении, а затем меняет свое направление на противоположное, когда якорь генератора находится в другом положении.

Эта иллюстрация дает представление о том, как электроны движутся по проводу в электричестве переменного тока. Конечно, оба конца провода идут к генератору переменного тока или источнику питания.

Извините, для использования этой Flash-анимации у вас должен быть активирован JavaScript.

Переменное движение электронов в проводе

Заряд на концах провода чередуется с отрицательного (-) и положительного (+). Если заряд отрицательный (-), это отталкивает отрицательно заряженные электроны от этого вывода.Если заряд положительный (+), электроны притягиваются в этом направлении.

Скорость изменения

Электроэнергия переменного тока попеременно меняет направление 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы в стране. Это называется частотой и обозначается как 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).

(Дополнительные сведения см. В разделе «Напряжение и частота переменного тока во всем мире».)

Лампочки

Многие электрические устройства, такие как лампочки, требуют только движения электронов.Их не волнует, текут ли электроны по проводу или просто движутся туда-сюда. Таким образом, электрическая лампочка может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

AC периодический ход

Регулярное возвратно-поступательное движение электронов в проводе при питании от электричества переменного тока представляет собой периодическое движение, подобное движению маятника.

(Для получения дополнительной информации см. Периодическое движение и Маятник.)

Из-за этого периодического движения электронов напряжение и ток имеют синусоидальную форму, чередуя положительную (+) и отрицательную (-), при измерении с помощью вольтметра или мультиметра.

Форма волны меняется от положительной до отрицательной во времени

Скорость прохождения пиков напряжения или тока через заданную точку — это частота переменного тока.

Преимущества переменного тока

Есть явные преимущества переменного тока перед электричеством постоянного тока. Способность легко преобразовывать напряжения — основная причина, по которой мы используем переменный ток вместо постоянного в наших домах.

Трансформирующие напряжения

Основное преимущество переменного тока перед электричеством постоянного тока состоит в том, что напряжение переменного тока может быть легко преобразовано в более высокие или более низкие уровни напряжения, в то время как с напряжениями постоянного тока это сделать сложно.

Поскольку высокое напряжение более эффективно для передачи электричества на большие расстояния, электричество переменного тока имеет преимущество перед постоянным током. Это связано с тем, что высокое напряжение от электростанции можно легко снизить до более безопасного напряжения для использования в доме.

Напряжение изменяется с помощью трансформатора . Это устройство использует свойства электромагнитов переменного тока для изменения напряжений.

(Дополнительную информацию см. В разделе «Трансформаторы переменного тока».)

Схема настройки

Электроэнергия переменного тока

также позволяет использовать конденсатор и индуктор в электрической или электронной цепи.Эти устройства могут влиять на то, как переменный ток проходит через цепь. Они эффективны только с электричеством переменного тока.

Комбинация конденсатора, катушки индуктивности и резистора используется в качестве тюнера в радиоприемниках и телевизорах. Без этих устройств настройка на разные станции была бы очень сложной.

Сводка

Мы обычно используем электричество переменного тока для питания наших телевизоров, светильников и компьютеров. В электричестве переменного тока ток меняется по направлению. Было доказано, что электричество переменного тока лучше для снабжения электроэнергией, чем постоянный ток, в первую очередь потому, что напряжения можно преобразовывать.AC также позволяет использовать другие устройства, открывая широкий спектр приложений.


Электрифицировать общество, применяя свои научные знания


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Elements of AC Electricity — Учебный сайт по основам электроники

Переменный ток — Обзор AC

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги с самым высоким рейтингом по основам электроэнергии

Книги по электричеству переменного тока с самым высоким рейтингом

SciLinks

Этот урок выбран программой SciLinks, службой Национальной ассоциации преподавателей естественных наук.


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если это так, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/ac.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Физические темы

Электричество переменного тока (AC)

.

Что такое переменный ток (AC)?

Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с так называемого постоянного тока (DC) , то есть электричества, протекающего в постоянном направлении и / или обладающего напряжением постоянной полярности.

Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными выводами), или вид заряда, генерируемый при трении определенных типов материалов друг о друга.

Переменный ток против постоянного

Такой же полезный и простой для понимания, как постоянный ток, это не единственный «вид» используемого электричества.Определенные источники электричества (в первую очередь, роторные электромеханические генераторы) естественным образом вырабатывают напряжения, меняющие полярность, меняя положительную и отрицательную с течением времени на противоположную.

Либо как полярность переключения напряжения, либо как направление переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC): Рисунок ниже

Alternating Current versus Direct Current

Alternating Current versus Direct Current

Постоянный и переменный ток

Принимая во внимание знакомый символ батареи используется как общий символ для любого источника напряжения постоянного тока, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого источника напряжения переменного тока.

Кто-то может задаться вопросом, зачем вообще возиться с такой вещью, как кондиционер. Верно, что в некоторых случаях переменный ток не имеет практического преимущества перед постоянным током. В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, пока на нагрузку поступает достаточно напряжения и тока для получения желаемого тепла (рассеивание мощности).

Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения энергии, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, и поэтому мы обнаруживаем, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях большой мощности.Чтобы объяснить подробности того, почему это так, необходимы некоторые базовые знания о AC.

Генераторы переменного тока

Если машина сконструирована так, чтобы вращать магнитное поле вокруг набора неподвижных катушек с проволокой с вращением вала, то напряжение переменного тока будет создаваться на катушках с проволокой, когда этот вал вращается, в соответствии с Фарадеем \ Закон электромагнитной индукции.

Это основной принцип работы генератора переменного тока, также известного как генератор переменного тока : Рисунок ниже

Alternator operation

Alternator operation

Работа генератора переменного тока

Обратите внимание, как полярность напряжения на проволочных катушках меняется на противоположную. полюса вращающегося магнита проходят мимо.При подключении к нагрузке эта изменяющая полярность напряжения создает в цепи обратное направление тока. Чем быстрее вращается вал генератора, тем быстрее будет вращаться магнит, что приведет к появлению переменного напряжения и тока, которые чаще меняют направление за заданный промежуток времени.

Хотя генераторы постоянного тока работают по тому же общему принципу электромагнитной индукции, их конструкция не так проста, как их аналоги переменного тока.

В генераторе постоянного тока катушка с проводом установлена ​​на валу, где магнит находится на генераторе переменного тока, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой выполняются через неподвижные угольные «щетки», контактирующие с медными полосками на вращающемся валу.

Все это необходимо для переключения изменяющейся выходной полярности катушки на внешнюю цепь, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность: Рисунок ниже

DC generator operation

DC generator operation

Работа генератора постоянного тока

Генератор, показанный выше, будет производить два импульса напряжения на оборот вала, оба импульса в одном направлении (полярность).

Чтобы генератор постоянного тока вырабатывал постоянное напряжение , а не короткие импульсы напряжения каждые 1/2 оборота, имеется несколько наборов катушек, которые периодически контактируют со щетками.Схема, показанная выше, немного упрощена, чем то, что вы видите в реальной жизни.

Проблемы, связанные с замыканием и разрывом электрического контакта с подвижной катушкой, должны быть очевидны (искрение и нагрев), особенно если вал генератора вращается с высокой скоростью. Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.

Генератор переменного тока (генератор переменного тока) не требует для работы щеток и коммутаторов, поэтому он невосприимчив к этим проблемам, с которыми сталкиваются генераторы постоянного тока.

Двигатели переменного тока

Преимущества переменного над постоянным током с точки зрения конструкции генератора также отражены в электродвигателях. В то время как двигатели постоянного тока требуют использования щеток для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока этого не делают.

На самом деле, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы (идентичны для данного руководства), двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки с проволокой для вращения вращающийся магнит вокруг своего вала, а двигатель постоянного тока зависит от контактов щетки, замыкая и размыкая соединения, для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Трансформаторы

Итак, мы знаем, что генераторы переменного тока и двигатели переменного тока обычно проще, чем генераторы постоянного тока и двигатели постоянного тока. Эта относительная простота означает большую надежность и более низкую стоимость производства.

Но для чего еще нужен AC? Конечно, это должно быть что-то большее, чем детали конструкции генераторов и двигателей! Действительно есть. Существует эффект электромагнетизма, известный как взаимная индукция , при котором две или более катушки провода размещены так, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое одной, индуцирует напряжение в другой.

Если у нас есть две взаимно индуктивные катушки, и мы запитываем одну катушку переменным током, мы создадим переменное напряжение в другой катушке. При использовании в таком качестве это устройство известно как трансформатор : Рисунок ниже

Transformer

Transformer

Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.

Основное значение трансформатора — его способность повышать или понижать напряжение с катушки с питанием на катушку без питания. Напряжение переменного тока, индуцированное в обесточенной («вторичной») катушке, равно напряжению переменного тока на питаемой («первичной») катушке, умноженному на отношение витков вторичной катушки к виткам первичной катушки.

Если вторичная обмотка питает нагрузку, ток через вторичную обмотку будет прямо противоположным: ток первичной обмотки, умноженный на отношение первичных и вторичных витков. Эта взаимосвязь имеет очень близкую механическую аналогию, в которой крутящий момент и скорость используются для представления напряжения и тока соответственно: Рисунок ниже

Step-down transformer

Step-down transformer

Зубчатая передача умножения скорости снижает крутящий момент и увеличивает скорость. Понижающий трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток.

Если передаточное число обмоток изменено так, что первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка, трансформатор «повышает» напряжение с уровня источника до более высокого уровня на нагрузке: Рисунок ниже

Step-up transformer

Step-up transformer

Редукторная передача увеличивает крутящий момент и снижает скорость.Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток.

Способность трансформатора с легкостью повышать или понижать переменное напряжение дает переменному току преимущество, не имеющее себе равных с постоянным током, в области распределения мощности на рисунке ниже.

При передаче электроэнергии на большие расстояния гораздо эффективнее делать это с повышенными напряжениями и пониженными токами (провод меньшего диаметра с меньшими резистивными потерями мощности), затем понижать напряжение и ток обратно для промышленности, бизнеса или потребительского использования.

Transformers enable efficient long distance high voltage transmission of electric energy.

Transformers enable efficient long distance high voltage transmission of electric energy.

Трансформаторы обеспечивают эффективную передачу электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния.

Трансформаторная технология сделала практичным распределение электроэнергии на большие расстояния. Без возможности эффективно повышать и понижать напряжение было бы непомерно дорого строить энергосистемы для чего-либо, кроме использования на близком расстоянии (не более нескольких миль).

Какими бы полезными ни были трансформаторы, они работают только с переменным током, а не с постоянным током. Поскольку явление взаимной индуктивности зависит от изменяющихся магнитных полей , а постоянный ток (DC) может создавать только постоянные магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать с постоянным током.

Конечно, постоянный ток может прерываться (генерироваться импульсами) через первичную обмотку трансформатора для создания изменяющегося магнитного поля (как это делается в автомобильных системах зажигания для выработки питания высоковольтной свечи зажигания от низковольтной батареи постоянного тока) , но импульсный постоянный ток не сильно отличается от переменного тока. Возможно, именно поэтому переменный ток в большей степени, чем любая другая причина, находит такое широкое применение в энергосистемах.

Review

DC означает «постоянный ток», что означает напряжение или ток, который сохраняет постоянную полярность или направление, соответственно, с течением времени.

AC означает «переменный ток», что означает напряжение или ток, который со временем меняет полярность или направление соответственно.

Электромеханические генераторы переменного тока, известные как генераторы переменного тока , имеют более простую конструкцию, чем электромеханические генераторы постоянного тока.

Конструкция двигателей переменного и постоянного тока очень точно соответствует принципам конструкции соответствующих генераторов.

Трансформатор — это пара взаимно индуктивных катушек, используемых для передачи мощности переменного тока от одной катушки к другой.Часто количество витков в каждой катушке устанавливается для увеличения или уменьшения напряжения от активной (первичной) катушки к обмотанной (вторичной) катушке.

Вторичное напряжение = Первичное напряжение (вторичные витки / первичные витки)

Вторичный ток = Первичный ток (первичные витки / вторичные витки)

.

электричества | Определение, факты и типы

Электростатика — это исследование электромагнитных явлений, которые происходят при отсутствии движущихся зарядов, то есть после установления статического равновесия. Заряды быстро достигают положения равновесия, потому что электрическая сила чрезвычайно велика. Математические методы электростатики позволяют рассчитывать распределения электрического поля и электрического потенциала по известной конфигурации зарядов, проводников и изоляторов.И наоборот, имея набор проводников с известными потенциалами, можно рассчитать электрические поля в областях между проводниками и определить распределение заряда на поверхности проводников. Электрическую энергию набора зарядов в состоянии покоя можно рассматривать с точки зрения работы, необходимой для сборки зарядов; в качестве альтернативы, можно также считать, что энергия находится в электрическом поле, создаваемом этой сборкой зарядов. Наконец, энергия может храниться в конденсаторе; энергия, необходимая для зарядки такого устройства, сохраняется в нем как электростатическая энергия электрического поля.

Изучите, что происходит с электронами двух нейтральных объектов, тренных друг о друга в сухой среде. Объяснение статического электричества и его проявлений в повседневной жизни. Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

Статическое электричество — это знакомое электрическое явление, при котором заряженные частицы передаются от одного тела к другому. Например, если два предмета трутся друг о друга, особенно если они являются изоляторами, а окружающий воздух сухой, предметы приобретают одинаковые и противоположные заряды, и между ними возникает сила притяжения.Объект, теряющий электроны, становится заряженным положительно, а другой — отрицательно. Сила — это просто притяжение между зарядами противоположного знака. Свойства этой силы были описаны выше; они включены в математическое соотношение, известное как закон Кулона. Электрическая сила, действующая на заряд Q 1 в этих условиях, вызванная зарядом Q 2 на расстоянии r , задается законом Кулона

Жирным шрифтом в уравнении обозначается вектор характер силы, а единичный вектор — это вектор, который имеет размер единицу и указывает от заряда Q 2 до заряда Q 1 .Константа пропорциональности k равна 10 −7 c 2 , где c — скорость света в вакууме; k имеет числовое значение 8,99 × 10 9 ньютонов на квадратный метр на квадратный кулон (Нм 2 / C 2 ). На рисунке 1 показано усилие на Q 1 , вызванное Q 2 . Числовой пример поможет проиллюстрировать эту силу. И Q 1 , и Q 2 выбраны произвольно в качестве положительных зарядов, каждый с величиной 10 −6 кулонов.Заряд Q 1 расположен в координатах x , y , z со значениями 0,03, 0, 0 соответственно, а Q 2 имеет координаты 0, 0,04, 0. Все координаты указаны в метрах. Таким образом, расстояние между Q 1 и Q 2 составляет 0,05 метра.

электрическая сила между двумя зарядами Рисунок 1: Электрическая сила между двумя зарядами. Предоставлено Департаментом физики и астрономии Мичиганского государственного университета
Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.Подпишитесь сегодня

Величина силы F на заряде Q 1 , рассчитанная по уравнению (1), составляет 3,6 ньютона; его направление показано на рисунке 1. Сила, действующая на Q 2 из-за Q 1 , составляет — F , что также имеет величину 3,6 ньютона; его направление, однако, противоположно направлению F . Сила F может быть выражена через ее составляющие по осям x и y , поскольку вектор силы лежит в плоскости x y .Это делается с помощью элементарной тригонометрии из геометрии рисунка 1, и результаты показаны на рисунке 2. Таким образом, в ньютонах. Закон Кулона математически описывает свойства электрической силы между зарядами в состоянии покоя. Если заряды имеют противоположные знаки, сила будет притягивающей; притяжение будет обозначено в уравнении (1) отрицательным коэффициентом единичного вектора r̂. Таким образом, электрическая сила на Q 1 будет иметь направление, противоположное единичному вектору , и будет указывать от Q 1 к Q 2 .В декартовых координатах это привело бы к изменению знаков компонентов силы x и y в уравнении (2).

компоненты кулоновской силы Рисунок 2: Компоненты x и y силы F на рисунке 4 (см. Текст). Предоставлено Департаментом физики и астрономии Мичиганского государственного университета

Как можно понять эту электрическую силу на Q 1 ? По сути, сила возникает из-за наличия электрического поля в позиции Q 1 .Поле создается вторым зарядом Q 2 и имеет величину, пропорциональную размеру Q 2 . При взаимодействии с этим полем первый заряд на некотором расстоянии либо притягивается, либо отталкивается от второго заряда, в зависимости от знака первого заряда.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *