Постоянный и переменный ток в технике » Детская энциклопедия (первое издание)

Что будет завтра Энергетика будущего

Гальванические элементы дают постоянный ток.

В наше время нет такой отрасли народного хозяйства, в которой не применялось бы электричество. И каждая из них предъявляет к электрическим машинам и аппаратам определенные требования, от которых зависит не только конструкция этих машин, но и род используемого тока. Хотя в технике и в промышленности широко используются и переменный и постоянный токи, области их применения весьма четко разграничены.

Впервые люди получили электрический ток от гальванических элементов. Эти элементы создавали в электрической цепи поток электронов, движущихся все время в одном определенном направлении. Такой ток получил название «постоянного».

Первые вращающиеся генераторы, электрические двигатели и приборы также работали на постоянном токе.

И когда в конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский предложил применять трехфазный переменный ток, многие ученые отнеслись к этому с недоверием. Даже знаменитый американский электротехник Эдисон считал переменный ток выдумкой, не заслуживающей внимания. Однако очень скоро переменный ток стали использовать во многих областях электротехники. Электрические генераторы переменного тока создают в электрической цепи поток электронов, непрерывно изменяющий направление своего движения. Так, в цепи электрической лампочки, освещающей вашу комнату, электроны успевают за одну секунду

Генераторы электрических станций вырабатывают переменный ток с частотой 50 пер/сек.

100 раз изменить направление своего движения: 50 раз они движутся в одном направлении и 50 — в обратном. Про такой ток говорят, что он имеет частоту 50 периодов в секунду.

Эта особенность движения электронов придает переменному току целый ряд свойств, определивших его главенствующее положение в современной электротехнике.

Одно из важнейших свойств переменного тока — его способность к трансформации. Как мы знаем, передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при очень высоком напряжении, достигающем 110, 220 и даже 500-800 тыс. в. Столь высокое напряжение нельзя получить непосредственно в генераторах. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен электрический ток напряжением в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь-то и пригодилась его способность к трансформации,—  она позволила с помощью трансформаторов изменять напряжение переменного тока в любых пределах.

С помощью трансформаторов можно изменять напряжение переменного тока в любых пределах.

Мало того. Соединение обмоток генератора в трехфазную систему позволило получить трехфазный переменный ток. Это система трех переменных токов, которые имеют одинаковую частоту, но различаются по фазе на одну треть периода. Трехфазный ток обладает важными достоинствами. Во-первых, трехфазные линии электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов и изоляции можно передать больше электрической энергии, чем при однофазном переменном токе.

А во-вторых, благодаря свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле, удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрические двигатели без коллектора и щеток.

Эти качества переменного тока и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.

Больше половины электрической энергии, вырабатываемой этими электростанциями, расходуется электрическими двигателями. Чтобы они могли выполнять разнообразную работу, их делают различными и по устройству и по размерам.

Электрические двигатели позволили создать автоматические станочные линии.

Кроме простых асинхронных двигателей, которые широко используются для привода станков, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Они развивают большие усилия при трогании с места и поэтому успешно применяются на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. По своим размерам электрические двигатели бывают маленькими — с катушку ниток — и огромными, как карусель.

Применение для привода станков сразу нескольких электрических двигателей дало возможность упростить механизмы станка, облегчило управление ими и позволило создать автоматические станочные линии.

Малые размеры электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки и другой электрифицированный инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным.

Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам.

Электрические дуговые и индукционные печи широко применяются в технике и промышленности. Небольшие печи сопротивления можно встретить в вагонах поездов, в троллейбусах и даже дома.

Переменный ток — хороший источник тепла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи сопротивления широко используются для кондиционирования воздуха, обогрева сушильных шкафов и различных помещений.

Электрические лампочки дают свет независимо от того, какой ток идет через их нити. Но поскольку передача переменного тока более экономична, а трансформаторы позволяют легко поддерживать необходимое для них напряжение, вся осветительная сеть городов и сел обслуживается переменным током.

Непрерывное изменение направления движения электронов в переменном токе, его способность к трансформации открыли ему широкую дорогу во многие области техники. Но не всегда хорош ток, все время меняющий свое направление. Вот вы сели в троллейбус, поезд метро или в вагон «электрички» на железной дороге. Здесь вы попали во владения постоянного тока.

Дело в том, что простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. А вспомните, сколько раз водителю приходится изменять скорость движения троллейбуса; с такой беспокойной работой хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питание этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных подстанций.

Приходящий на них с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.

Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах.

Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. А он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса или гребные винты.

Однако высокая стоимость и сложность преобразовательных подстанций заставили ученых и инженеров задуматься над использованием переменного тока на транспорте. Сейчас уже есть участки железных дорог, использующие однофазный переменный ток. С успехом используют его и на многих дизель-электрических кораблях.

Для питания двигателей электровозов вдоль электрифицированной железной дороги устанавливаются тяговые выпрямительные подстанции, на которых переменный ток преобразуется в постоянный при помощи ртутных выпрямителей.

Дальнейшая электрификация железных дорог в нашей стране будет осуществляться преимущественно с использованием переменного тока напряжением 25 тыс. в. Этот ток будет превращаться в постоянный непосредственно на электровозах при помощи выпрямительных устройств.

Хорошие регулировочные способности электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, которые вы видите на строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных кранах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать его в изложницы или подавать раскаленные болванки на прокатные станы.

Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.

В гальванических ваннах при помощи постоянного тока покрывают различные предметы тонким слоем никеля или хрома.

Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения — до 25 тыс. об/мин. Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей, элеронов и закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.

Неизменное направление движения электронов в цепи постоянного тока определило большую и важную область его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может. Речь идет об электролизе — процессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы — электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах — на аноде или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии — для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца. В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.

В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий. Таким образом наносят защитные покрытия на металлические изделия (никелирование, хромирование), изготавливают металлические монументы, печатные формы и т. д. Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.

Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.

Зайдите на киностудию. Мощные дуговые кинопроекторы заливают светом съемочный павильон. На переменном токе дуга горит менее устойчиво, дает меньше света и издает гул, мешающий записи звука при киносъемке. Поэтому кинопрожекторы питают постоянным током, который дает бесшумную устойчивую дугу. В мощных военных прожекторах и дуговых кинопроекционных аппаратах также используется постоянный ток.

На киностудиях на постоянном токе работают мощные дуговые кинопрожекторы.

Чтобы получить переменный ток, нужно непрерывно вращать генератор переменного тока, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи или же гальванические элементы. Эти свойства источника электрического тока также в ряде случаев определяют область применения постоянного тока.

Автомобиль стоит на месте. Как завести его двигатель? К вашим услугам аккумуляторная батарея. Вы нажимаете кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заводит мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который заряжает аккумулятор, восстанавливает израсходованную энергию. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.

Что было бы, если бы в поездах освещение питалось переменным током? Остановился поезд — перестали вращаться колеса вагонов, а вместе с ним остановились бы электрические генераторы и свет в вагонах погас бы. Но этого не происходит, потому что под вагонами установлены генераторы постоянного тока, работающие параллельно с аккумуляторными батареями. Идет поезд — генераторы вращаются, дают энергию для освещения и одновременно заряжают батарею. Остановился состав — аккумуляторная батарея посылает ток в осветительную сеть.

Представьте себе, что на электростанции произошла авария: все турбо- или гидрогенераторы остановились и линии электропередачи, связывавшие ее с другими электростанциями, отключились. В таких случаях выручает постоянный ток, получаемый от больших аккумуляторных батарей. С его помощью приводят в движение вспомогательные механизмы, включают отключившиеся выключатели и снова пускают в работу главные турбо- или гидрогенераторы. Питание от аккумуляторной батареи очень надежно, поэтому все цепи защиты управления, автоматики и сигнализации на больших электростанциях работают на постоянном токе.

Аккумуляторные батареи применяются в различных областях техники.

Может ли плавать подводная лодка без постоянного тока? На поверхности воды может. В этом случае ее гребные винты вращаются дизелями. Но под водой дизели останавливаются — не хватает воздуха. Там работает двигатель постоянного тока, получающий энергию от аккумуляторных батарей. Когда лодка вновь всплывает на поверхность и включаются в работу дизели, электрический двигатель превращается в генератор и вновь заряжает батареи.

В шахтах не везде можно подвесить контактный провод для электровозов. Как же им передвигаться? И тут опять выручает аккумуляторная батарея. На многих шахтах рудничные аккумуляторные электровозы доставляют уголь из самых отдаленных забоев. Электрические тележки с аккумуляторами — электрокары — вы часто видите на вокзалах. Они есть и в цехах больших заводов и фабрик.

Обратите внимание, как кинооператор снимает какое-нибудь важное событие. В руках у него легкий киносъемочный аппарат, а на поясе — аккумулятор. Нажал кнопку, и аппарат заработал. Такие легкие аккумуляторные батареи широко применяются для переносных радиостанций, сигнальных устройств, электрических измерительных приборов.

Конечно, перечисленными здесь примерами не исчерпываются все области применения электрической энергии. Мы ничего не рассказали о ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и других целей — об этом вы прочтете в соответствующих статьях нашего сайта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Что будет завтра Энергетика будущего

.

Что такое постоянный и переменный электрический ток

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток – это движение электронов в проводнике, напряжение – это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, “течет” в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но – как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках – это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

• при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
• при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и – в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля. Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку “вверх ногами” и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше – до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц – 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них – сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это – удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции “заберет” 500 000 вольт при токе в 10 ампер и “отдаст” в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но – в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи блока питания, понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри корпуса компьютера.

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим “места обитания” постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
3. генераторы постоянного тока
4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше – 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

1. генераторы
2. различные преобразователи (трансформаторы)
3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот в этой статье, а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками 🙂 А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше – больше! Сам родник “упаковали” в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали – святое место, значится!

И последний штрих – поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем “булькает”, а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда – “проистекает” 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т. д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата – ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему 🙂 Директор был “на коне”! Отпустил несколько “контрольных” фраз по поводу всех этих п. х технологий, таких же п. х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, “поднять” навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек – это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу 🙂

Так что помните: главное – качественное электропитание. Хороший серверный UPS (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное – приложится 🙂

На сегодня у нас – все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже – небольшое видео по теме статьи.

Переменный и постоянный ток: в чем разница, история развития, применение

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток – трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество».

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали – остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

• в питании большинства бытовых приборов;
• в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
• для питания электроники автомобилей;
• на кораблях и подводных лодках;
• в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток – alternating current (AC). Постоянный ток – direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе – отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 – это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Чем отличается переменный ток от постоянного

Хотя электрические приборы мы каждый день используем в повседневной жизни, не каждый может ответить, чем отличается переменный ток от постоянного, несмотря на то, что об этом рассказывается в рамках школьной программы. Поэтому имеет смысл напомнить основные догматы.

Обобщенные определения

Физический процесс, при котором заряженные частицы движутся упорядоченно (направленно), называется электротоком. Его принято разделять на переменный и постоянный. У первого направление и величина остаются неизменными, а у второго эти характеристики меняются по определенной закономерности.

Приведенные определения сильно упрощены, хотя и объясняют разницу между постоянным и переменным электротоком. Для лучшего понимания, в чем заключается это различие, необходимо привести графическое изображение каждого из них, а также объяснить, как образуется переменная электродвижущая сила в источнике. Для этого обратимся к электротехнике, точнее ее теоретическим основам.

Источники ЭДС

Источники электротока любого рода бывают двух видов:

• первичные, с их помощью происходит генерация электроэнергии путем превращения механической, солнечной, тепловой, химической или другой энергии в электрическую;
• вторичные, они не генерируют электроэнергию, а преобразуют ее, например, из переменной в постоянную или наоборот.

Единственным первичным источником переменного электротока является генератор, упрощенная схема такого устройства показана на рисунке.

Упрощенное изображение конструкции генератора

Обозначения:

• 1 – направление вращения;
• 2 – магнит с полюсами S и N;
• 3 – магнитное поле;
• 4 – проволочная рамка;
• 5 – ЭДС;
• 6 – кольцевые контакты;
• 7 – токосъемники.

Принцип работы

Механическая энергия преобразуется изображенным на рисунке генератором в электрическую следующим образом:

за счет такого явления, как электромагнитная индукция, при вращении рамки «4», помещенной в магнитное поле «3» (возникающее между различными полюсами магнита «2»), в ней образуется ЭДС «5». Напряжение в сеть подается через токосъемники «7» с кольцевых контактов «6», к которым подключена рамка «4».

Видео: постоянный и переменный ток — отличия

Что касается величины ЭДС, то она зависит от скорости пересечения силовых линий «3» рамкой «4». Из-за особенностей электромагнитного поля минимальная скорость пересечения, а значит и самое низкое значение электродвижущей силы будет в момент, когда рамка находится в вертикальном положении, соответственно, максимальное — в горизонтальном.

Учитывая изложенное выше, в процессе равномерного вращения индуктируется ЭДС, характеристики величины и направления которого изменяются с определенным периодом.

Графические изображения

Благодаря применению графического метода, можно получить наглядное представление динамических изменений различных величин. Ниже приведен график изменения напряжения с течением времени для гальванического элемента 3336Л (4,5 В).

Горизонтальная ось отображает время, вертикальная – напряжение

Как видим, график представляет собой прямую линию, то есть напряжение источника остается неизменным.

Теперь приведем график динамики изменения напряжения в течение одного цикла (полного оборота рамки) работы генератора,.

Горизонтальная ось отображает угол поворота в градусах, вертикальная — величину ЭДС (напряжение)

Для наглядности покажем начальное положение рамки в генераторе, соответствующее начальной точке отчета на графике (0°)

Начальное положение рамки

Обозначения:

• 1 – полюса магнита S и N;
• 2 – рамка;
• 3 – направление вращения рамки;
• 4 – магнитное поле.

Теперь посмотрим, как будет изменяться ЭДС в процессе одного цикла вращения рамки. В начальном положении ЭДС будет нулевым. В процессе вращения эта величина начнет плавно возрастать, достигнув максимума в момент, когда рамка будет под углом 90°. Дальнейшее вращение рамки приведет к снижению ЭДС, достигнув минимума в момент поворота на 180°.

Продолжая процесс, можно увидеть, как электродвижущая сила меняет направление. Характер изменений поменявшей направление ЭДС будет таким же. То есть она начнет плавно возрастать, достигнув пика в точке, соответствующей повороту на 270°, после чего будет снижаться, пока рамка не завершит полный цикл вращения (360°).

Если график продолжить на несколько циклов вращения, мы увидим характерную для переменного электротока синусоиду. Ее период будет соответствовать одному обороту рамки, а амплитуда – максимальной величине ЭДС (прямой и обратной).

Теперь перейдем к еще одной важной характеристике переменного электротока – частоте. Для ее обозначения принята латинская буква «f», а единица ее измерения – герц (Гц). Этот параметр отображает количество полных циклов (периодов) изменения ЭДС в течение одной секунды.

Определяется частота по формуле: . Параметр «Т» отображает время одного полного цикла (периода), измеряется в секундах. Соответственно, зная частоту, несложно определить время периода. Например, в быту используется электроток с частотой 50 Гц, следовательно, время его периода будет две сотых секунды (1/50=0,02).

Трехфазные генераторы

Заметим, что наиболее экономически выгодным способом получения переменного электротока будет использование трехфазного генератора. Упрощенная схема его конструкции показана на рисунке.

Устройство трехфазного генератора

Как видим, в генераторе используются три катушки, размещенные со смещением 120°, соединенные между собой треугольником (на практике такое соединение обмоток генератора не применяется в виду низкого КПД). При прохождении одного из полюсов магнита мимо катушки, в ней индуктируется ЭДС.

Графическое изображение сгенерированного трехфазного электротока

Чем обосновано разнообразие электротоков

У многих может возникнуть вполне обоснованный вопрос – зачем использовать такое разнообразие электротоков, если можно выбрать один и сделать его стандартным? Все дело в том, что не каждый вид электротока подходит для решения той или иной задачи.

В качестве примера приведем условия, при которых использовать постоянное напряжение будет не только не выгодно, ни и иногда невозможно:

• задача передачи напряжения на расстояния проще реализовывается для переменного напряжения;
• преобразовать постоянный электроток для разнородных электроцепей, у которых неопределенный уровень потребления, практически невозможно;
• поддерживать необходимый уровень напряжения в цепях постоянного электротока значительно сложнее и дороже, чем переменного;
• двигатели для переменного напряжения конструктивно проще и дешевле, чем для постоянного. В данном пункте необходимо заметить, что у таких двигателей (асинхронных) высокий уровень пускового тока, что не позволяет их использовать для решения определенных задач.

Теперь приведем примеры задач, где более целесообразно использовать постоянное напряжение:

• чтобы изменить скорость вращения асинхронных двигателей требуется, изменить частоту питающей электросети, что требует сложного оборудования. Для двигателей, работающих от постоянного электротока, достаточно изменить напряжение питания. Именно поэтому в электротранспорте устанавливают именно их;
• питание электронных схем, гальванического оборудования и многих других устройств также осуществляется постоянным электротоком;
• постоянное напряжение значительно безопаснее для человека, чем переменное.

Исходя из перечисленных выше примеров, возникает необходимость в использовании различных видов напряжения.

{SOURCE}

Постоянный и переменный электрический ток

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток – это движение электронов в проводнике, напряжение – это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, “течет” в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но – как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках – это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

• при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
• при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и – в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля. Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку “вверх ногами” и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше – до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц – 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них – сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это – удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции “заберет” 500 000 вольт при токе в 10 ампер и “отдаст” в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но – в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи блока питания, понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри корпуса компьютера.

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим “места обитания” постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
3. генераторы постоянного тока
4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше – 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

1. генераторы
2. различные преобразователи (трансформаторы)
3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот в этой статье, а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками 🙂 А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше – больше! Сам родник “упаковали” в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали – святое место, значится!

И последний штрих – поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем “булькает”, а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда – “проистекает” 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата – ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему 🙂 Директор был “на коне”! Отпустил несколько “контрольных” фраз по поводу всех этих п. х технологий, таких же п. х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, “поднять” навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек – это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу 🙂

Так что помните: главное – качественное электропитание. Хороший серверный UPS (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное – приложится 🙂

На сегодня у нас – все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже – небольшое видео по теме статьи.

Переменный и постоянный ток: в чем разница, история развития, применение

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток – трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество».

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали – остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

• в питании большинства бытовых приборов;
• в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
• для питания электроники автомобилей;
• на кораблях и подводных лодках;
• в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток – alternating current (AC). Постоянный ток – direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе – отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 – это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Постоянный и переменный ток: преимущества и недостатки

Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями. Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции. Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

I₁ = P/U₁ = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.

I₂ = P/U₂ = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.

Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

P_пот1 = I₁ 2 ∙R = 100 2 ∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

P_пот2 = I₂ 2 ∙R = 10 2 ∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором. А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока

1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

1. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока

1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.
2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Кроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

Также следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества. Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции. К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

{SOURCE}

Понятие о переменном токе — Основы электроники

До сих пор мы рассматривали электрический ток, направ­ление и сила которого оставались постоянными, т. е. не изме­нялись с течением времени. Такой ток мы называли постоян­ным. При постоянном токе электроны движутся по проводнику все время в одном и том же направлении (если не считать хаотического теплового движения электронов), причем количе­ство движущихся электронов и скорость, их движения все время остаются постоянными.

Условное графическое изображение постоянного тока при­ведено на рисунке 1.

Рисунок 1. График переменного тока.

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он периодически изменяет свое направление, т. е. течет по про­воднику то в одну, то в другую сторону.

Переменный ток можно получить при помощи очень про­стой схемы, изображенной на рисунке 2а. При каждом передви­жении переключателя изменяется лишь направление тока в цепи, сила же тока при этом остается все время неизменной.

Рисунок 2. Простейший способ получения переменного тока а) и его график б).

Графическое изображение переменного тока, полученного таким способом, приведено на рисунке 2б, где ток, протекающий по проводнику в одном направлении, отложен над горизонтальной осью времени, а ток обратного направления — под осью времени.

Рассмотрим другой, белее распространенный случай пере­менного тока, когда изменяется не только направление тока, но и его сила.

Представим себе проводник, согнутый в виде рамки и вра­щающийся в равномерном магнитном поле (рисунок 3).

Рисунок 3. Рамка вращающаяся в равномерном магнитном поле.

При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индук­ции. В этом случае форма ЭДС индукции возникающей в рамке, а при подключению нагрузки к ней и форма переменного электрического тока текущего по цепи будет иметь вид показанный на рисунке 4, то есть изменение переменного тока будет осуществляться по закону синиуса.

Рисунок 4. График синусоидального переменного тока.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Сравнение постоянного и переменного тока

Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет большую угрозу, другие искренне убеждены, что синусоида переменного тока, совпав по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его. Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, т.к. не у каждого имеется электротехническое образование. При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока.

С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему.

Большинству известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, а переменный поступает в квартиры и помещения посредством электросети и благодаря ему работают бытовые электроприборы и освещение. Но мало кто задумывался, почему одно напряжение позволяет получить другое и для чего это нужно.

Имеет смысл ответить на все возникшие вопросы.

Что такое электрический ток?

Электрическим током называют постоянную или переменную величину, которая возникает на основе направленного или упорядоченного движения, создаваемого заряженными частицами — в металлах это электроны, в электролите — ионы, а в газе — и те, и другие. Иными словами, говорят, что электрический ток «течет» по проводам.

Некоторые ошибочно полагают, что каждый заряженный электрон двигается по проводнику от источника до потребителя. Это не так. Он лишь передает заряд на соседние электроны, сам оставаясь на месте. Т.е. его движение хаотично, но микроскопично. Ну а уже сам заряд, двигаясь по проводнику, достигает потребителя.

Электрический ток имеет такие параметры измерения, как: напряжение, т.е. его величина, измеряющаяся в вольтах (В) и сила тока, которая измеряется в амперах (А). Что очень важно, при трансформации, т.е. уменьшении или увеличении при помощи специальных устройств, одна величина воздействует на другую обратно пропорционально. Это значит, что уменьшив напряжение посредством обычного трансформатора, добиваются увеличения силы тока и наоборот.

Ток постоянный и переменный

Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно. Его характеристики позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшей его силе. Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными. А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.

А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего используют разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.

Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.

Различия токов

Конечно же, главным различием переменного и постоянного тока является возможность переправки DC на большое расстояние. При этом, если таким же путем переправить постоянный ток, его просто не останется. По причине разности потенциалов он израсходуется. Так же стоит отметить то, что преобразовать в переменный очень сложно, в то время как в обратном порядке подобное действие вполне легко выполнимо.

Намного экономичнее преобразование электричества в механическую энергию именно при помощи двигателей, работающих от АС, хотя и имеются области, в которых возможно применение механизмов только прямого тока.

Ну и последнее по очереди, но не по смыслу — все-таки переменный ток безопаснее для людей. Именно по этой причине все приборы, используемые в быту и работающие от DC, являются слаботочными. А вот совсем отказаться от применения более опасного в пользу другого никак не получится именно по указанным выше причинам.

Все изложенное приводит к обобщенному ответу на вопрос, чем отличается переменный ток от постоянного — это характеристики, которые и влияют на выбор того или иного источника питания в определенной сфере.

Передача тока на большие расстояния

У некоторых людей возникает вопрос, на который выше был дан поверхностный ответ: почему по линиям электропередач (ЛЭП) приходит очень высокое напряжение? Если не знать всех тонкостей электротехники, то можно согласиться с этим вопросом. Действительно, ведь если бы по ЛЭП приходило напряжение в 380 В, то не пришлось бы устанавливать дорогостоящие трансформаторные подстанции. Да и на их обслуживание тратиться не пришлось бы, разве не так? Оказывается, что нет.

Дело в том, что сечение проводника, по которому протекает электричество, зависит только от силы тока и от его потребляемой мощности и совершенно в стороне от этого остается напряжение. А это значит, что при силе тока в 2 А и напряжении в 25 000 В можно использовать тот же провод, как и для 220 В с теми же 2 А. Так что же из этого следует?

Здесь необходимо вернуться к закону обратной пропорциональности — при трансформации тока, т.е. увеличении напряжения, уменьшается сила тока и наоборот. Таким образом, высоковольтный ток отправляется к трансформаторной подстанции по более тонким проводам, что обеспечивает и меньшие потери при передаче.

Особенности передачи

Как раз в потерях и состоит ответ на вопрос, почему невозможно передать постоянный ток на большие расстояния. Если рассмотреть DC под этим углом, то именно по этой причине через небольшой отрезок расстояния электроэнергии в проводнике не останется. Но главное здесь не энергопотери, а их непосредственная причина, которая заключается, опять же, в одной из характеристик AC и DC.

Дело в том, что частота переменного тока в электрических сетях общего пользования в России — 50 Гц (герц). Это означает амплитуду колебания заряда между положительным и отрицательным, равную 50 изменений в секунду. Говоря простым языком, каждую 1/50 с. заряд меняет свою полярность, в этом и заключается отличие постоянного тока — в нем колебания практически либо совершенно отсутствуют. Именно по этой причине DC расходуется сам по себе, протекая через длинный проводник. Кстати, частота колебаний, к примеру, в США отличается от российской и составляет 60 Гц.

Генерирование

Очень интересен вопрос и о том, как же генерируется постоянный и переменный ток. Конечно, вырабатывать можно как один, так и другой, но здесь встает проблема размеров и затрат. Дело в том, что если для примера взять обычный автомобиль, ведь куда проще было бы поставить на него генератор постоянного тока, исключив из схемы диодный мост. Но тут появляется загвоздка.

Если убрать из автомобильного генератора выпрямитель, вроде бы должен уменьшиться и объем, но этого не произойдет. А причина тому — габариты генератора постоянного тока. К тому же и стоимость при этом существенно увеличится, потому и применяются переменные генераторы.

Вот и получается, что генерировать DC намного менее выгодно, чем АС, и тому есть конкретное доказательство.

Два великих изобретателя в свое время начали так называемую «войну токов», которая закончилась только лишь в 2007 году. А противниками в ней были Никола Тесла совместно с Джорджем Вестингаузом, ярые сторонники переменного напряжения, и Томас Эдисон, который стоял за применение повсеместно постоянного тока. Так вот, в 2007 году город Нью-Йорк полностью перешел на сторону Теслы, ознаменовав тем самым его победу. На этом стоит немного подробнее остановиться.

История

Компания Томаса Эдисона, которая называлась «Эдисон Электрик Лайт», была основана в конце 70-х годов XIX века. Тогда, во времена свечей, керосиновых ламп и газового освещения лампы накаливания, выпускаемые Эдисоном, могли работать непрерывно 12 часов. И хотя сейчас этого может показаться до смешного мало — это был настоящий прорыв. Но уже в 1880-е годы компания смогла не только запатентовать производство и передачу постоянного тока по трехпроводной системе (это были «ноль», «+110 В» и «-110 В»), но и представить лампу накаливания с ресурсом в 1200 часов.

Именно тогда и родилась фраза Томаса Эдисона, которая впоследствии стала известна всему миру, — «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи».

Ну а уже к 1887-му в Соединенных Штатах успешно функционирует больше 100 электростанций, которые вырабатывают постоянный ток и где используется для передачи именно трехпроводная система, которая применяется в целях хотя бы небольшого снижения потерь электроэнергии.

А вот ученый в области физики и математики Джордж Вестингауз после ознакомления с патентом Эдисона нашел одну очень неприятную деталь — это была огромная потеря энергии при передаче. В то время уже существовали генераторы переменного тока, которые не пользовались популярностью по причине оборудования, которое бы на подобной энергии работало. В то время талантливый инженер Никола Тесла еще работал у Эдисона в компании, но однажды, когда ему было в очередной раз отказано в повышении зарплаты, Тесла не выдерживал и ушел работать к конкуренту, которым являлся Вестингауз. На новом месте Никола (в 1988 году) создает первый прибор учета электроэнергии.

Именно с этого момента и начинается та самая «война токов».

Выводы

Попробуем обобщить изложенную информацию. На сегодняшний день невозможно представить пользование (как в быту, так и на производствах) каким-то одним из видов электричества — практически везде присутствует и постоянный, и переменный ток. Ведь где-то необходим постоянный, но его передача на дальние расстояния невозможна, а где-то переменный.

Конечно, доказано, что АС намного безопаснее, но как быть с приборами, помогающими экономить электроэнергию во много раз, в то время как они могут работать только на DC?

Именно по этим причинам сейчас токи «мирно сосуществуют» в нашей жизни, закончив «войну», которая продлилась более 100 лет. Единственное, что не стоит забывать — насколько бы одно ни было безопаснее другого (постоянное, переменное напряжение — не важно), оно может нанести огромный вред организму, вплоть до летального исхода.

И именно поэтому при работе с напряжением необходимо тщательно соблюдать все нормы и правила безопасности и не забывать про внимательность и аккуратность. Ведь, как говорил Никола Тесла, электричества не стоит бояться, его стоит уважать.

В современном мире каждый человек с детства сталкивается с электричеством. Первые упоминания об этом природном явлении относятся к временам философов Аристотеля и Фалеса, которые были заинтригованы удивительными и загадочными свойствами электрического тока. Но лишь в 17 веке великие ученые умы начали череду открытий, касающихся электрической энергии, продолжающихся по сей день.

Открытие электрического тока и создание Майклом Фарадеем в 1831 г. первого в мире генератора кардинально изменило жизнь человека. Мы привыкли, что нашу жизнь облегчают приборы, работающие с использованием электрической энергии, но до сих пор у большинства людей нет понимания этого важного явления. Для начала, чтобы понять основные принципы электричества, необходимо изучить два основных определения: электрический ток и напряжение.

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

• сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
• мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
• частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд – это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

Источники электрического тока

Источником электрического тока обычно называется прибор или устройство, с помощью которого в цепи можно создать электрический ток. Такие устройства могут создавать как переменный ток, так и постоянный. По способу создания электрического тока они подразделяются на механические, световые, тепловые и химические.

Механические источники электрического тока преобразуют механическую энергию в электрическую. Таким оборудованием являются различного рода генераторы, которые за счет вращения электромагнита вокруг катушки асинхронных двигателей вырабатывают переменный электрический ток.

Световые источники преобразуют энергию фотонов (энергию света) в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников при воздействии на них светового потока выдавать напряжение. К такому оборудованию можно отнести солнечные батареи.

Тепловые – преобразуют энергию тепла в электричество за счет разности температур двух пар контактирующих полупроводников – термопар. Величина тока в таких устройствах напрямую связана с разностью температур: чем больше разница – тем больше сила тока. Такие источники применяются, например, в геотермальных электростанциях.

Химический источник тока производит электричество в результате химических реакций. Например, к таким устройствам можно отнести различного рода гальванические батареи и аккумуляторы. Источники тока на основе гальванических элементов обычно применяются в автономных устройствах, автомобилях, технике и являются источниками постоянного тока.

Преобразование переменного тока в постоянный

Электрические устройства в мире используют постоянный и переменный ток. Поэтому возникает потребность в том, чтобы преобразовывать один ток в другой или наоборот.

Из переменного тока можно получить постоянный ток с помощью диодного моста или, как его еще называют, «выпрямителя». Основной частью выпрямителя является полупроводниковый диод, который проводит электрический ток только в одном направлении. После этого диода ток не изменяет своего направления, но появляются пульсации, которые устраняют при помощи конденсаторов и других фильтров. Выпрямители бывают в механическом, электровакуумном или полупроводниковом исполнении.

В зависимости от качества изготовления такого устройства, пульсации тока на выходе будут иметь разное значение, как правило, чем дороже и качественнее сделан прибор – тем меньше пульсаций и чище ток. Примером таких устройств являются блоки питания различных приборов и зарядные устройства, выпрямители электросиловых установок в различных видах транспорта, сварочные аппараты постоянного тока и другие.

Для того, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный используются инверторы. Такие приборы генерируют переменное напряжение с синусоидой. Существует несколько видов таких аппаратов: инверторы с электродвигателями, релейные и электронные. Все они отличаются друг от друга по качеству выдаваемого переменного тока, стоимости и размерам. В качестве примера такого устройства можно привести блоки бесперебойного питания, инверторы в автомобилях или, например, в солнечных электростанциях.

Где используется и в чём преимущества переменного и постоянного тока

Для выполнения различных задач может потребоваться использование как переменного тока, так и постоянного. У каждого вида тока есть свои недостатки и достоинства.

Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость передачи тока на большие расстояния. Такой ток передавать целесообразнее с точки зрения возможных потерь и стоимости оборудования. Именно поэтому в большинстве электроприборов и механизмов используется только этот вид тока.

Жилые дома и предприятия, инфраструктурные и транспортные объекты находятся на расстоянии от электростанций, поэтому все электрические сети – переменного тока. Такие сети питают все бытовые приборы, аппаратуру на производствах, локомотивы поездов. Приборов, работающих на переменном токе невероятное количество и намного проще описать те устройства, в которых используется постоянный ток.

Постоянный ток используется в автономных системах, таких, например, как бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов. Он широко используется в питании микросхем различной электроники, в средствах связи и прочей технике, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций или исключить их полностью. В ряде случае, такой ток используется в электросварочных работах с помощью инверторов. Существуют даже железнодорожные локомотивы, которые работают от систем постоянного тока. В медицине такой ток используется для введения лекарств в организм с помощью электрофореза, а в научных целях для разделения различных веществ (электрофорез белков и прочее).

Обозначения на электроприборах и схемах

Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.

Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.

На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» – противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

В презентации представлено сравнение постоянного и переменного тока по следующим показателям: источник тока, основные характеристики тока, электрическое (активное сопротивление) в цепи постоянного и переменного тока, катушка и конденсатор в цепи постоянного и перменного тока

Просмотр содержимого документа
«Сравнение постоянного и переменного тока по основным параметрам»

Сравнение постоянного и переменного тока

• Не меняет значения и направления

• Меняет значение и направление

Электрическая цепь постоянного тока

Электрическая цепь переменного тока

Источники постоянного тока

Гальванический элемент и аккумулятор –

Источники переменного тока

Генератор переменного тока –

в магнитном поле .

Источники переменного тока

Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции

Основные характеристики тока Постоянный Переменный

f – [Гц] Герцы (50 Гц)

Сопротивление в электрической цепи

• Активное сопротивление ( расходует электрическую энергию )

(ρ – удельное сопротивление)

Площади сечения проводника :

( S – площадь [мм 2 ])

Катушка в электрической цепи

f – частота тока [Гц]

L – индуктивность катушки [Гн]

Зависит от частоты переменного тока и количества витков в катушке

Обладает только активным сопротивлением

Конденсатор в электрической цепи

• Конденсатор – устройство, способное накапливать электрический заряд.

Конденсатор в электрической цепи

Будет происходить заряд и разряд конденсатора

Презентация на тему переменный электрический ток. Презентация на тему Переменный электрический ток (11 класс)

поэтому практически не используются. И наоборот, незатухающие вынужденные колебания имеют большое практическое значение. Вынужденные электрические колебания появляются при наличии в цепи периодической электродвижущей силы. Электрические лампы в наших квартирах и на улице, холодильник и пылесос, телевизор и магнитофон — все они работают, используя энергию электромагнитных колебаний. На применении электромагнитных колебаний ос­нована работа электромоторов, приводящих в действие станки на заводах и фабриках, движущих электровозы и т.п. Во всех этих примерах речь идет об использовании одного из видов электромагнитных колебаний — переменного электрического тока. Переменным называют ток, периодически изменяющийся по модулю и направлению. Переменный электрический ток в энергетических электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний, которые создаются генератором переменного тока.

Презентация составлена учителем физики МКОУ ВСОШ № 2 при ИК с. Чугуевка Мурзагильдиной Людмилой Борисовной 2016г Цели урока: 1. Продолжить формирование представлений о гармонических электромагнитных колебаниях, о вынужденных электромагнитных колебаниях и видах сопротивлений в цепи переменного тока. 2. Развивать познавательные интересы учащихся по данной теме через различные информационные ресурсы: учебник, презентацию, таблицы. 3. Научиться находить полезное и необходимое в изучаемом материале. Актуализация знаний. 1. Какие колебания называются гармоническими? Колебания, происходящие по закону синуса или косинуса. 2 . Дайте определение электромагнитных колебаний. Процессы в электрических цепях, в которых периодически изменяются заряд, сила тока, напряжение и ЭДС. 3. Почему затухают свободные электромагнитные колебания? Свободные электромагнитные колебания затухают из-за сопротивления. 4. Назовите формулу периода электромагнитных колебаний. 5. Назовите систему, в которой происходят электромагнитные колебания. Решение задач на тему «Электромагнитные колебания». 1.Заряд q на пластинах конденсатора колебательного контура изменяется с течением времени в соответствии с уравнением q =5٠10-4cos 103πt. Чему равна амплитуда колебаний заряда, фаза колебания и начальная фаза заряда? Амплитуда — 5٠10- 4 Фаза колебаний заряда-103πt Начальная фаза =0 Решение задач на тему «Электромагнитные колебания». 2.Какой из перечисленных приборов обязательно входит в состав цепи постоянного тока и колебательного контура? Подберите к позиции первого столбца нужную позицию из второго. Запишите в таблицу полученные цифры под соответствующими буквами. А) Цепь постоянного тока 1.Амперметр Б)Колебательный контур 2.Источник тока А 3.Конденсатор 4.Магнит Б Ответ на задачу: А Б 2 3 Изучение новой темы нашего урока « Переменный ток. Сопротивления в цепи переменного тока» Электрический ток, меняющий свою величину и направление с течением времени – называется переменным током. Наша задача – в течение урока проверить: -переменный ток – это вынужденные колебания; — что с течением времени ток меняет свои направления и величину. «Ток бежит по проводам, И не виден никогда. Лампочки он зажигает И приборы оживляет.» Яков Быль «Война токов» В истории был период, который известен под условным названием «война токов». Главными действующими лицами тогда были небезызвестные Никола Тесла и Томас Эдисон. Никола Тесла увидел потенциал и удобство использования переменного тока. А Эдисон настаивал на том, что следует пользоваться постоянным электричеством (точка зрения, которая была тогда общепринятой). Эдисон даже проводил публичные демонстрации, довольно жестокие. Дело в том, что переменный ток, несмотря на свои преимущества, представляет большую опасность для живых существ. Томас Эдисон использовал этот факт, чтобы создать в народе страх и недоверие к идеям Теслы: он прилюдно убивал животных с помощью переменного тока. Один раз даже провели демонстрацию на слоне: пара секунд — и могучее животное упало замертво. Из истории Первым источником электроэнергии уже нашей эры стал электростатический генератор, изобретённый в 1663 г мэром Магдебурга Отто фон Герике. Так что такое переменный ток? Сила тока и напряжение меняются по гармоническому закону, а частота колебаний определяется частотой подключённого в цепь источника тока.(50 Гц) Как создать переменное напряжение и переменный ток? Переменное напряжение и ток в сети создаётся генераторами переменного тока на электростанции. Генератор переменного тока Стандартная частота промышленного тока равна 50 Гц – это значит, что за 1 секунду ток изменяет своё направление 50 раз. Что же происходит в генераторе переменного тока? Мы установили, что 1.Магнитный поток Ф, пронизывающий контур катушки, меняется по величине и по направлению. Ф = В S cos ωt 2. Индуктируемый в катушке ток меняется по величине и направлению. i = Im sin (ωt+φ₀) 3. Колебания напряжения и силы тока отличаются фазой колебания (φ₀). u = Um cos ωt Какую же роль в цепи переменного тока играют сопротивления? В цепь переменного тока можно включить электрические сопротивления – резисторы, индуктивное и ёмкостное сопротивления (колебательный контур). Резисторы обладают сопротивлением R (активное сопротивление), катушка индуктивности c индуктивностью L – X L (индуктивным сопротивлением), а конденсатор с ёмкостью С – X С (ёмкостным сопротивлением). Активное сопротивление в цепи переменного тока. Итак мы выяснили, что сила тока и напряжение в цепи переменного тока с активным сопротивлением колеблются в U одной фазе, а активное сопротивление R= m I m Ёмкость в цепи переменного тока Мы выяснили, что: 1.Постоянный ток через конденсатор на проходит. 2. Конденсатор оказывает переменному току сопротивление. Формула ёмкостного сопротивления Индуктивность в цепи переменного тока Мы выяснили, что: 1. При постоянном токе катушка обладает небольшим активным сопротивлением(т.е. является резистором) и изменение её индуктивности не влияет на её сопротивление. 2. При переменном токе индуктивное сопротивление тем больше, чем больше индуктивность катушки. 3.Индуктивное сопротивление Итак мы знаем, что если цепь переменного тока содержит активное сопротивление R= 1 X C = С и индуктивное сопротивление X = ωL, то L ёмкостное сопротивление мы можем найти полное сопротивление цепи переменного тока Z: , Итог урока: 1.Мы узнали, что такое переменный ток и его характеристики, которые изменяются по гармоническому закону: Ф = BS cos ωt; i= Imsin (ωt+φ₀) ; u = Um cos ωt. 2. Цепь переменного тока может содержать три вида сопротивлений: L 1 R – активное; Х = — ёмкостное; С С Х L = ωL – индуктивное. 3.Мы узнали формулу, по которой вычисляется полное сопротивление в цепи переменного тока: Z = √ R² + (X L- X C)² Закрепление изученной темы урока: 1.Почему не используют для освещения переменный ток с частотой 10 – 15 Гц? Будет мигание лампочек. Глаз частоту 10 Гц воспринимает как мельтешение. 2.В электрическую цепь включена катушка, по которой сначала пропускают постоянный ток, потом – переменный ток того же напряжения. В каком случае катушка нагреется сильнее? В первом. Катушка для переменного тока будет обладать ещё и реактивным сопротивлением. Поэтому во втором случае ток меньше, соответственно и выделение тепла – меньше. 3. Как изменится накал лампы, если конденсатор будет пробит и цепь в этом месте замкнётся? Каждый конденсатор имеет сопротивление, если мы уберём это сопротивление, то накал лампы увеличится. 4.В цепь переменного тока включены резистор с R = 5 Ом, конденсатор с сопротивлением ХC =6 Ом и катушка индуктивности с сопротивлением ХL=18 Ом. Найдите полное сопротивление цепи. Дано: Решение: R=5Ом Z= √R²+(XL -Xc)² ХС=6Ом Z=√25Ом²+(18Ом-6Ом)² ХL=18Ом =√25Ом²+144Ом² ________ =13 Ом. Z-? Выполнение Самостоятельной работы (тест) по теме «Переменный ток». время 5-7 мин. Рефлексия: 1.Сегодня я узнал, что … 2.Меня удивили приведённые факты о … 3.Мне было интересно узнать, что … 4. Мне было трудно понять… 5. Мне понравилось на уроке…

Включить эффекты

1 из 18

Отключить эффекты

Смотреть похожие

Код для вставки

ВКонтакте

Одноклассники

Телеграм

Рецензии

Добавить свою рецензию

Зарегистрируйтесь , чтобы добавить рецензию.

Слайд 1

Слайд 2

Сегодня на уроке: Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения напряжения и силы тока. Мощность в цепи переменного тока.

Слайд 3

Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Адам Мицкевич

Слайд 4

Картофелечистка Протирочная машина Электромясорубка Тестомесильная машина Хлеборезка

Слайд 5

Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным. Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.

Слайд 6

Слайд 7

Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением: Получение переменной эдс Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:

Слайд 8

Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса). максимальное значение или амплитуда ЭДС. Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в Nраз. Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:

Слайд 9

Общие соотношения между напряжением и силой тока Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения. В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить: или φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения Im – амплитуда тока, А.

Слайд 10

Резистор в цепи переменного тока Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи: Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями

Слайд 11

Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи: В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

Слайд 12

Действующие значения напряжения и силы тока Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении. Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время. Действующее значение напряжения:

Слайд 13

Мощность в цепи переменного тока Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения: Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:

Слайд 14

ВЫВОДЫ На этом уроке вы узнали, что: переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону; получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции; на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю; действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия; мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения.

Слайд 15

Ответы теста

Слайд 16

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ Рамка, имеющая 100 витков, вращается с частотой 15 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Чему равна площадь рамки, если ампли-тудное значение возникающей в ней ЭДС 45 В?

Слайд 17

ДАНО: N=100 шт ν=15 Гц В=0,2 Тл εm=45 В S — ? РЕШЕНИЕ: e = εm sinωt εm= BS ω ω = 2π/T= 2π ν εm= BS 2π ν(1 виток) εmn= BSN 2π ν S = εmn /(BN 2π ν) ВЫЧИСЛЕНИЕ: РАЗМЕРНОСТЬ: ОТВЕТ: S = 0,024 м2

Слайд 18

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Учебник: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11». Подготовить реферат на тему:

Посмотреть все слайды

Конспект

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ПО ФИЗИКЕ

Разработала преподаватель

физики С.Е.Рязина

Саранск

Цели урока:

Образовательная:

Развивающая:

Воспитательная:

Тип урока:

Методы проведения:

Оснащение урока:

Высказывание:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей?

Адам Мицкевич

Межпредметные связи:

ПЛАН УРОКА

1.Организационный момент

6.Подведение итогов урока.

7.Задание на дом:

Подготовить рефераты на темы:

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

Он всем несет тепло и свет

Щедрей его на свете нет!

К поселкам, селам, городам

3.Объяснение нового материала.

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Историческая справка (сообщение учащегося)

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 14

Слайд 15

Решение задачи

Слайд 16, 17

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 18

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

1. «Новые современные типы генераторов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ

ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ПО ФИЗИКЕ

НА ТЕМУ: «Переменный электрический ток»

Разработала преподаватель

физики С.Е.Рязина

Саранск

Тема урока: «Переменный электрический ток».

Цели урока:

Образовательная:

Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая:

Развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное.

Воспитательная:

Привить уважение к науке как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Методы проведения: объяснение учителя с применением компьютера; информационно-иллюстративный, опрос учащихся, работа с опорными конспектами, тестами.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники.

Высказывание:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей?

Адам Мицкевич

Межпредметные связи: математика – нахождение производной, тригонометрические функции; оборудование – механическое оборудование; история – промышленность IX века; внутрипредменая связь – законы постоянного тока, магнитное поле, электромагнитная индукция.

ПЛАН УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

2.Актуализация опорных знаний.

(Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала)

3.Объяснение нового материала.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

7.Задание на дом:

§ 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11», стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов».

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

Каким образом можно получить переменную ЭДС и

Какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока,

В чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения.

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

2.Актуализация опорных знаний

Он всем несет тепло и свет

Щедрей его на свете нет!

К поселкам, селам, городам

Приходит он по проводам! (электрический ток)

Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала:

1. Что называют электрическим током?

2. Какой ток называют постоянным?

3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными?

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3.Объяснение нового материала.

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. Вы будущие технологи и на практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Слайд 4

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления электромагнитной индукции.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным:

напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Слайд 5

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока.

Рассмотрим принцип действия генератора:

Слайд 6

На этом слайде мы с вами увидели, что переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.

Слайд 7

Слайд 8

На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока.

Историческая справка (сообщение учащегося)

Более подробно устройство генераторы мы с вами изучим на следующих уроках.

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 14

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

— что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

— на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

— чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

Как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

— как определяется мощность в цепи переменного тока?

Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой)

Слайд 15

Решение задачи

Слайд 16, 17

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 18

7.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11».

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов»

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

Скачать конспект

«Физика — 11 класс»

Как получить незатухающие вынужденные электромагнитные колебания?
Переменный ток в осветительной сети представляет собой не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания.
Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону.
Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Частота переменного тока — это число колебаний в 1 секунду.
Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц, т.е. на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз — в противоположную.
Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира.

Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то и напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически.
Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь, вызывают гармонические колебания силы тока.

Переменное напряжение создается генераторами электрического тока.
Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле — это простейшая модель генератора переменного тока.

Поток магнитной индукции Ф , пронизывающий проволочную рамку площадью S , пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции

Ф = BS cos α .

При равномерном вращении рамки угол α увеличивается прямо пропорционально времени:

α = ωt

где
ω — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:

Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет роль циклической частоты.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

е = -Ф» = -BS (cos ωt)» = BSω sin ωt = m sin ωt

где
m = BSω — амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость ω вращения рамки определит частоту со колебаний значений ЭДС, напряжения на различных участках цепи и силы тока

Пусть вынужденные электрические колебания, происходят в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u = U m sin ωt

u = U m cos ωt

где
U m — амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω , то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой.
Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения.
Поэтому в общем случае мгновенное значение силы тока в любой момент времени определяется по формуле

i = I m sin (ωt + φ с) .

где
I m — амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φ с — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Слайд 1

ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»

Слайд 2

Сегодня на уроке:

Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения напряжения и силы тока. Мощность в цепи переменного тока.

Слайд 3

Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Адам Мицкевич

Слайд 4

Картофелечистка

Протирочная машина

Электромясорубка

Тестомесильная машина

Хлеборезка

Слайд 5

Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным.

Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.

Слайд 7

Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением:

Получение переменной эдс

Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:

Слайд 8

Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции

При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса).

максимальное значение или амплитуда ЭДС.

Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в N раз. Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:

Слайд 9

Общие соотношения между напряжением и силой тока

Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения.

В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить:

φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения Im – амплитуда тока, А.

Слайд 10

Резистор в цепи переменного тока

Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи:

Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями

Слайд 11

Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи:

В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

Слайд 12

Действующие значения напряжения и силы тока

Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении. Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока.

ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

Действующее значение напряжения:

Слайд 13

Мощность в цепи переменного тока

Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения:

Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:

Слайд 14

На этом уроке вы узнали, что: переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону; получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции; на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю; действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия; мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения.

Конспект открытого урока по физике в 9 классе «Переменный электрический ток»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ДРУЖБИНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА»

КАЯКЕНТСКОГО РАЙОНА РД

«Утверждаю»

Директор школы:_____________И.Г.Гасаналиев

Открытый урок

по физике в 9 классе по теме:

Подготовила и провела:

учитель физики МБОУ «Дружбинская СОШ»
Чанкаева Рахима Гаджиевна

2018 год.

Тема урока: «Переменный электрический ток»

Тип урока: изучение нового материала

Задачи урока:

• Повторение, обобщение и углубление знаний об электромагнитных колебаниях.

• Проверить качество и прочность усвоения материала по изученным темам, уровень осмысления и обобщения.

• Развивать умение наблюдать, сравнивать и сопоставлять изучаемые явления, выделять общие признаки.

• Научить объяснять явления природы, зная законы физики.

• Развитие коммуникативных способностей учащихся.

• Воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий, интерес к изучаемому предмету.

Цели урока:

Образовательная: сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая: развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное.

Воспитательная: привить уважение к науке. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

— каким образом можно получить переменную ЭДС;

— какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока;

— в чём разница между действующими и амплитудными значениями силы тока и напряжения.

2.Актуализация опорных знаний

1) Вопросы для фронтального опроса:

• Какие колебания называются электромагнитными?

• В каком устройстве создаются электромагнитные колебания?

• Из каких частей состоит колебательный контур?

• От каких величин зависит частота и период колебаний в контуре?

• Как будут меняться колебания в реальном контуре с течением времени?

• Что приводит к затуханию колебаний?

3.Объяснение нового материала

1) Переменный ток

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. На практике можно увидеть множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления электромагнитной индукции.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным.

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции: Ф = BS cos α

При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени: α = ωt,

где — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону: Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

Ф = B∙S∙cos α = B∙S∙cos ωt

e = – Ф = – B∙S∙(cos ωt) = B∙S∙ω∙sin ωt = ε_m∙sin ωt,

где ε_m = B∙S∙ω – амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур,  то угловая скорость ω вращения рамки определит  частоту ω колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока.

Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u =  U_m ∙ sin ωt или u =  U_m cos ωt

где U_m— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

i= I_m∙sin (ωt + φ_c)

Здесь I_m — амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φ_c — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока. Конструкция и действие реального генератора, используемого в промышленности, значительно сложнее.

2) Активное сопротивление

Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением.

Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от  генератора.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они  нагреваются.   Будем  считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: u =  U_m sin ωt

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома:

Из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем.

Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой

P = I²R.

На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой P = i²R

Среднее значение мощности за период

График зависимости мгновенной мощности от времени изображен на рисунке

График изменения мгновенной мощности с течением времени

Несмотря на то что мощность переменного тока непрерывно меняется, ее среднее значение за любой период одинаково.

Приравниваем выражения для средней мощности переменного тока и мощности постоянного тока:

Выразим силу тока I: Эту величину называют действующим значением силы переменного тока.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который выделяет в проводнике ту же мощность, что и переменный ток за то же время.

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: — эту величину называют действующим значением напряжения переменного тока.

Действующее значение напряжения в осветительной сети равно 220 В, а амплитудное значение напряжения при этом составляет

С учетом предыдущих формул можно выразить среднюю мощность переменного тока: Р_ср = IU

Амперметры и вольтметры переменного тока обычно градуируют по действующим значениям силы тока и напряжения.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

— что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

— на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

— чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

— как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

— как определяется мощность в цепи переменного тока?

Решение задачи:

5.Подведение итогов урока. (Выставление оценок и их комментарий)

6.Задание на дом: § 31,

Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока

Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов, Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, например, в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление определенное количество раз в секунду — 60 в U.S. — и может быть сравнительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока. Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка — также известная как Всемирная колумбийская выставка — проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести в действие не только Буффало, но и весь восток Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 года Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно от переменного тока, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе.Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Получается, что Война течений еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И все это было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание: этот пост был первоначально опубликован как часть нашей серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

Сравнение постоянного и переменного электрического тока

У нас есть постоянный и переменный электрический ток, благодаря Edison и Westinghouse, которые борются за место в развивающейся электроэнергетической отрасли. Их война течений 1880-х и 1890-х годов окончена. Конкурсанты давно ушли отдыхать, но мы по-прежнему ценим их вклад.Однако различие сохраняется в переменном сетевом электричестве и постоянном токе батареи. Чтобы завершить эту серию по основам электротехники, давайте сравним две формы.

Электрический ток постоянного и переменного тока: основные отличия

Постоянный ток (DC) протекает упорядоченно и однонаправленно, как школьники, идущие по тротуару в строю крокодилов. Это гибкая форма энергии, способная течь через батареи, проводники, полупроводники, керамические изоляторы и даже вакуумные ионные пучки.

Виды тока: Журекс: общественное достояние

С другой стороны, переменный ток (AC) периодически меняет направление. Электрораспределительная отрасль использует его в первую очередь потому, что эту часть войны токов выиграла компания Gorge Westinghouse.

Однако постоянный ток Эдисона восторжествовал в современной электронике, такой как компьютеры, телефоны и автомобильные системы. Ему бы это понравилось, потому что он всегда возился с гаджетами. В настоящее время постоянный и переменный электрический ток сосуществуют по обе стороны от выпрямителей и трансформаторов.

Переключение между постоянным и переменным электрическим током

Регулярно преобразуем постоянный и переменный электрический ток в переменный. Мы можем преобразовать постоянный ток в переменный с помощью инвертора, например, для подачи энергии аккумуляторной батареи в сеть. И наоборот, мы можем заряжать аккумуляторы от сети, предварительно пропустив ее через выпрямитель. В этом случае электронные элементы внутри устройства позволяют току течь только в одном направлении.

Линии передачи переменного тока: Пользователь: Staplegunther: CC 3.0

Преобразование тока таким образом поглощает часть энергии. Кроме того, инверторы и выпрямители дороги, особенно когда они используются на крупных заводах, таких как алюминиевые заводы. Жизнь могла бы быть проще, если бы у нас больше не было постоянного и переменного электрического тока, существующих бок о бок. Однако корыстные интересы и затраты на конвертацию, скорее всего, будут препятствовать тому, чтобы это произошло в течение длительного времени.

Связанные

Как на самом деле работает электрическая цепь?

Перемычка между постоянным и переменным током

Изображение для предварительного просмотра: War Of Currents — Прокладка «трубок» постоянного тока

Электричество — переменный и постоянный ток — Электроэнергия, мощность, единицы и напряжение

Постоянный ток или постоянный ток возникает в результате электрического заряда, движущегося только в одном направлении.Автомобильный аккумулятор , например, обеспечивает постоянный ток, когда он нагнетает электрический заряд через стартер или через фары автомобиля. Направление этого тока не меняется.

Ток, который периодически меняет направление, называется переменным током или AC. В наши дома подается переменный ток, а не постоянный, потому что использование переменного тока позволяет повышать или понижать напряжение с помощью электромагнитного устройства, называемого трансформатором .Без трансформаторов, изменяющих напряжение по мере необходимости, было бы необходимо распределять электроэнергию при более безопасном низком напряжении, но при гораздо более высоком токе. Более высокий ток приведет к увеличению потерь при передаче в линиях электропередач. Без возможности использовать высокое напряжение было бы необходимо размещать генераторы поблизости от мест, где требуется электроэнергия.

Южная Калифорния получает большую часть электроэнергии от гидроэлектрических генераторов в штате Вашингтон через необычно длинную линию электропередачи постоянного тока, которая работает при напряжении около одного миллиона вольт.Электроэнергия сначала вырабатывается в виде переменного тока, преобразуемого в высокое напряжение, а затем преобразуется в постоянный ток для долгого путешествия на юг. Мощность постоянного тока снова меняется на переменный ток для окончательного распределения при более низком напряжении. Использование постоянного тока более чем компенсирует дополнительную сложность преобразования переменного тока в постоянный и постоянного в переменный.

Книги

Азимов Исаак. Понимание физики: свет, магнетизм и Электричество. Vol. 2. Серия Signet Science. Нью-Йорк: NAL, 1969.

.

Джанколи, Дуглас К. Физика: принципы с приложениями. 3-е изд. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1991.

Хьюитт, Пол. Концептуальная физика. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2001.

Электрическое обучение | BrightRidge

Что такое электричество?
Электричество — это форма энергии, которая производит тепло и свет.Электричество также может называться «электрической энергией».

Где начинается электричество?
Электричество начинается с атома. Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Электричество создается, когда внешняя сила заставляет электроны перемещаться от атома к атому. Поток электронов называется «электрическим током».

Что заставляет электроны двигаться?
Напряжение — это «внешняя сила», которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это потенциальная энергия.Потенциальная энергия обладает способностью выполнять работу. Пример потенциальной энергии — топор, который держат над деревом. Если топор упадет на кусок дерева, оно расколется. Обратите внимание на слово «если». Потенциальная энергия работает ТОЛЬКО, если это разрешено.

Что такое напряжение?

Напряжение — это «внешняя сила», которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это потенциальная энергия. Некоторые характеристики напряжения:

• Напряжение не видно и не слышно.
• Напряжение — это толчок или сила.
• Voltage само по себе ничего не делает.
• Voltage может работать.
• Напряжение появляется между двумя точками.
• Напряжение всегда есть.

Какие бывают два вида электричества?

Статическое электричество возникает при дисбалансе положительно и отрицательно заряженных атомов. Затем электроны прыгают от атома к атому, высвобождая энергию.Два примера статического электричества: молния и трение ногами о ковер, а затем прикосновение к дверной ручке.

Текущее электричество — это постоянный поток электронов. Существует два вида текущего электричества: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). При постоянном токе электроны движутся в одном направлении. Батареи вырабатывают постоянный ток. В переменном токе электроны текут в обоих направлениях. Электростанции вырабатывают переменный ток. Переменный ток (AC) — это тип электроэнергии, которую BrightRidge передает вам для использования.

Что такое проводники и изоляторы?

Проводники — это все, через что легко проходит электричество. Примеры электрических проводников — медь, алюминий и вода.

Изоляторы — это материалы, которые не позволяют электричеству легко проходить через них. Некоторые примеры изоляторов — резина, стекло и пластик.

Электричество переменного тока (AC), Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (от 13 февраля 2016 г.)

Электроэнергия переменного тока — 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.

Электричество 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 сокращение для обозначения 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 двухтактные и двухтактные клеммы генератора. Таким образом, электричество в проводе ненадолго движется 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 страны. Это называется частотой и обозначается как 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).

(Дополнительную информацию см. В разделе «Напряжения и частоты 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, лампочка может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

AC периодический

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, чередующуюся между положительным (+) и отрицательным (-), при измерении с помощью вольтметра или мультиметра.

Форма волны изменяется 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 в наших домах переменный ток вместо постоянного.

Трансформирующие напряжения

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

Поскольку высокие напряжения более эффективны 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.

Изменение напряжения осуществляется 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 схеме.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

Обычно мы 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

Сайтов

Elements of AC Electricity — Учебный сайт по основам электроники

Переменный ток — Обзор AC

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги по основам электричества с самым высоким рейтингом

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 да, 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 тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Электричество переменного тока (AC)

---

PBS: Tesla — Master of Lightning: Understanding Electricity

На протяжении веков, когда электричество оставалось естественной загадкой, а позже — модной новинкой, оно появлялось только в той форме, которую мы сегодня называем постоянным током (DC), то есть с электронами, движущимися только в одном направлении.Первые, громоздкие батареи (называемые гальваническими батареями) и механические диковинки, которые создают статический заряд (например, Leyden jars ), обеспечивают потоки электронов в одном направлении. Даже в знаменитых экспериментах Бенджамина Франклина использовался источник постоянного тока — молния. Нет ничего хуже в постоянном токе, если только вы не пытаетесь решить практические инженерные задачи, связанные с генерированием энергии и ее распределением на большие расстояния.Несколько провидцев, в первую очередь Тесла, осознали, что новая наука об электричестве должна быть в буквальном смысле трансформирована и что средства уже существовали в теории, а также в некоторых хриплых устройствах, которые обычно находились в физических лабораториях той эпохи. Решение лежало в переменных токах (AC). Что такое переменный ток? Источник переменного тока генерирует токи, которые текут в одном направлении, а затем в другом, непрерывно циклически изменяя пиковые значения в любом направлении, т.е.е., сначала положительный, потом отрицательный и так далее. Преимущества, которые оказываются не чем иным, как революционными, очевидны не сразу; они происходят главным образом из этого магнитного свойства токов, индукции. Постоянный ток не вызывает большого индуктивного воздействия. Когда переключатель включен и ток сначала течет в цепи постоянного тока, нарастает магнитное поле. Поле может побудить ток течь в любом соседнем проводе, но только на короткое время, в течение нескольких мгновений, необходимых для того, чтобы ток начал двигаться.Фактически, Майкл Фарадей пришел к своим открытиям в области индукции, впервые заметив мгновенные токи, индуцируемые включенным им источником постоянного тока. Как только поле сформировано, индукция прекращается; силовые линии поля неподвижны и больше не переносят изменение энергии в пространстве и не пересекают соседние провода. При переменном токе магнитное состояние никогда не бывает стабильным. Каждый раз, когда направление тока меняется на противоположное, должна меняться и ориентация полюсов соответствующего магнитного поля.Все поле схлопывается и восстанавливается в противоположном магнитном направлении. Если ток постоянно меняется, поле никогда не бывает статичным. Переменные токи, в некотором смысле, копируют свои изменения энергии в близлежащие цепи, делая энергию доступной там. Хотя все это очень умно, может показаться, что это не выигрышный трюк; почему бы просто не соединить две цепи куском провода? Зачем усложнять дело индукцией? Преобразователь переменного тока Это не просто вопрос подачи питания в ближайшую цепь; индукция может быть изменена для изменения формы подачи энергии, ее можно преобразовать в электрическом смысле.Манипулирование способом концентрации полей — обычно путем создания катушек из проводника — изменит свойства токов и напряжений, которые источник (первичный) индуцирует в другом, соседнем наборе катушек (вторичный). Например, мощность, присутствующая в первичной обмотке в виде большого тока при низком напряжении, может быть преобразована в слабый ток при высоком напряжении во вторичной обмотке. Преимущества переменного тока Как правило, инженеры предпочитают передавать питание по длинным линиям при очень высоком напряжении со сравнительно более низким током, но доставлять его большинству пользователей при более безопасном и более низком напряжении.Трансформаторы делают это возможным. Сопротивление в цепях переменного тока также работает иначе, поэтому при хорошей конструкции потери в линиях электропередач значительно ниже, чем в линиях постоянного тока. (Первые электростанции постоянного тока могли обслуживать только территорию в радиусе нескольких миль.) Те же самые основные идеи переменного тока, магнитная передача и преобразование мощности, также позволяют создавать высокоэффективные и надежные двигатели. Одно очевидное преимущество, хотя их много, заключается в том, что вращающуюся часть, ротор, не нужно физически соединять с какими-либо электрическими контактами; постоянно меняющиеся поля в статоре (неподвижная часть) передают мощность.Также устройства переменного тока не ограничены одним источником переменного тока; несколько могут поставляться одновременно в многофазной схеме.

20,5 Зависимость переменного тока от постоянного — College Physics

Переменный ток

Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) — это поток электрического заряда только в одном направлении.Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая удовлетворяет многие наши потребности. На рисунке 20.16 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока.Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 20.16 (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Рисунок 20.17 Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано.Математическое выражение для VV задается следующим образом: V = V0sin 2 πftV = V0sin 2 πft размер 12 {V = V rSub {размер 8 {0}} «sin» «2» π ital «ft»} {}.

На рисунке 20.17 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, равным

. V = V0sin 2πft, V = V0sin 2πft, размер 12 {V = V rSub {size 8 {0}} «sin» «2» π ital «ft»} {}

20,38

где VV размер 12 {V} { } — это напряжение в момент времени tt размер 12 {t} {} , V0V0 размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} — пиковое напряжение, а размер ff 12 {f} {} — частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления I = V / RI = V / R размер 12 {I = курсив «V / R»} {}, и поэтому переменный ток равен

I = I0 sin 2πft, I = I0 sin 2πft, размер 12 {I = I rSub {size 8 {0}} «sin 2» π ital «ft»} {}

20,39

, где размер II 12 {I} { } — это текущий в момент времени tt размер 12 {t} {}, а I0 = V0 / RI0 = V0 / R размер 12 {I rSub {size 8 {0}} = V rSub {size 8 {0}} ital «/ R «} {} — пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на рисунке 20.16 (b).

Ток в резисторе меняется взад и вперед, как управляющее напряжение, так как I = V / RI = V / R размер 12 {I = курсив «V / R»} {}.Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тусклее 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между вашим лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется. Поставляемая мощность P = IVP = IV размер 12 {P = курс «IV»} {}. Используя приведенные выше выражения для II размера 12 {I} {} и размера VV 12 {V} {}, мы видим, что зависимость мощности от времени составляет P = I0V0sin2 2πftP = I0V0sin2 2πft размер 12 {P = I rSub {size 8 { 0}} V rSub {size 8 {0}} «sin» rSup {size 8 {2}} «2» π ital «ft»} {}, как показано на рисунке 20.18.

Установление подключений: домашний эксперимент — лампы переменного / постоянного тока

Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами на своей машине? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 20.18 Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0 размером 12 {I rSub {размер 8 {0}} В rSub {размер 8 {0}}} {}.Средняя мощность (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}}} {} _.

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на Рисунке 20.18, средняя мощность PavePave размером 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {} составляет

Pave = 12I0V0.Pave = 12I0V0. размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}}} {}

20.40

Это видно из графика, поскольку области выше и ниже (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}}} {} линии равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратичный ток IrmsIrms размером 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} быть, соответственно,

Irms = I02Irms = I02 размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}}} {}

20.41

и

Vrms = V02.Vrms = V02. размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {}

20,42

, где среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее (или среднее) значение и извлекается квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь

Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} V rSub {size 8 {«rms»}}} { }

20.43

, что дает

Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}) } cdot {{V rSub {размер 8 {0}}} больше {sqrt {2}}} = {{1} больше {2}} I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} } {}

20,44

как указано выше. Стандартной практикой является указание IrmsIrms размера 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {}, VrmsVrms размера 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} и размера PavePave 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {}, а не пиковые значения.Например, большая часть бытовой электроэнергии составляет 120 В переменного тока, что означает, что VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} составляет 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет устойчивое IrmsIrms. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} больше 10 A. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave = 1,0 кВт, Pave = 1,0 кВт, размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave» }} = 1 «.» 0` «кВт»} {} и так далее. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока записан закон Ома

Irms = VrmsR.Irms = VrmsR. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {«rms»}}} больше {R}}} {}

20,45

Различные выражения для мощности переменного тока PavePave размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}}} {}:

Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»} } V rSub {размер 8 {«среднеквадратичное значение»}}} {}

20.46

Pave = Vrms2R, Pave = Vrms2R, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{V rSub {size 8 {«rms»}} rSup {size 8 {2}}} больше {R }}} {}

20,47

и

Проложить = Irms2R. Проложить = Irms2R. размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} rSup {size 8 {2}} R} {}

20,48

Пример 20.9

Пиковое напряжение и мощность для AC

(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока? (б) Какова пиковая потребляемая мощность 60-го.Лампа переменного тока 0 Вт?

Стратегия

Нам сообщили, что размер 12 VrmsVrms {V rSub {размер 8 {«rms»}}} {} составляет 120 В, а размер PavePave 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {} — 60,0 Вт. можно использовать Vrms = V02Vrms = V02, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} над {sqrt {2}}}} {}, чтобы найти пиковое напряжение , и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения Vrms = V02Vrms = V02 size 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {} для пика напряжение V0V0 размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} и замена известного значения на VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} дает

V0 = 2Vrms = 1.414 (120 В) = 170 В.V0 = 2Vrms = 1,414 (120 В) = 170 В. Размер 12 {V rSub {размер 8 {0}} = sqrt {2} V rSub {size 8 {«rms»}} = «1» «.» «414» \ («120» «V» \) = «170 V»} {}

20,49

Обсуждение для (a)

Это означает, что напряжение переменного тока меняется от 170 В до –170–170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave.P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave. размер 12 {P rSub {размер 8 {0}} = I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} = «2» осталось ({{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}} right) = «2» P rSub {size 8 {«ave»}}} {}

20,50

Мы знаем, что средняя мощность составляет 60,0 Вт, поэтому

P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. Размер 12 {P rSub {size 8 {0}} = «2» \ («60» «.» «0 Вт» \) = «120 Вт»} {}

20,51

Обсуждение

Таким образом, мощность меняется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Большинство крупных систем распределения электроэнергии — это переменный ток. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоком напряжении, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве частей мира), которые мы используем дома и на работе. Благодаря эффекту масштаба строительство нескольких очень крупных электростанций обходится дешевле, чем строительство множества небольших. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно минимизировать потери энергии в пути.Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. Рис. 20.19.) В целях безопасности напряжение у пользователя снижено до знакомых значений. Решающим фактором является то, что намного легче увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 20.19 Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении, чтобы уменьшить потери мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое на электростанции, повышается пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру).В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях. (Фото: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 20.10

При передаче высокого напряжения потери мощности меньше

(a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при 200 кВ? (b) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом1,00 Ом размером 12 {1 «». » «00»% OMEGA} {}? (c) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Нам дано Pave = 100 MWPave = 100 MW, мощность 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = «100» `» MW «} {}, Vrms = 200 kVVrms = 200 kV, мощность 12 {V rSub { размер 8 {«rms»}} = «200» `» kV «} {}, а сопротивление линий R = 1.00ΩR = 1,00Ω размер 12 {R = 1 «.» «00» `% OMEGA} {}. Используя эти данные, мы можем найти текущий ток (от P = IVP = IV размер 12 {P = ital «IV»} {}), а затем мощность, рассеиваемую в линиях (P = I2RP = I2R размер 12 {P = I rSup {size 8 {2}} R} {}), и мы берем отношение к общей передаваемой мощности.

Решение

Чтобы найти ток, мы изменим соотношение Pave = IrmsVrmsPave = IrmsVrms размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} V rSub {size 8 {«rms» }}} {} и подставьте известные значения.Это дает

Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 V = 500 A. Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 V = 500 A. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{P rSub { размер 8 {«ave»}}} больше {V rSub {size 8 {«rms»}}}} = {{«100» умножить на «10» rSup {размер 8 {6}} «W»} больше {«200 «times» 10 «rSup {size 8 {3}}» V «}} =» 500 A «} {}

20,52

Решение

Зная ток и учитывая сопротивление линий, мощность, рассеиваемая в них, определяется по формуле Pave = Irms2RPave = Irms2R размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}} = I rSub {размер 8 {«rms»} } rSup {размер 8 {2}} R} {}.Подстановка известных значений дает

Pave = Irms2R = (500 A) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт. Pave = Irms2R = (500 A) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт. размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} rSup {size 8 {2}} R = \ («500 A» \) rSup {размер 8 {2 }} \ (1 «.» «00»% OMEGA \) = «250 кВт»} {}

20,53

Решение

Процент потерь — это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

. % потерь = 250 кВт 100 МВт × 100 = 0,250%.% потерь = 250 кВт 100 МВт × 100 = 0.250%. размер 12 {% «loss =» {{«250» «кВт»} больше {«100» «МВт»}} ´ «100» = 0 «.» «250%»} {}

20,54

Обсуждение

Четверть процента — приемлемая потеря. Обратите внимание, что если бы мощность 100 МВт была передана при 25 кВ, то потребовался бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях на 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением.Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого потребуются более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было бы экономично производить, в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в следующей главе, в сверхпроводниках тоже есть предел. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи энергии, а напряжение переменного тока намного легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое.Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Таким образом, опасность определяется не только напряжением. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что электрические разряды более опасны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные бои, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Тесла, которые выступали за использование переменного тока в ранних системах распределения энергии.