Какво е AC и DC електричество?

Днешните учени разбират електричеството като едно от най-фундаменталните явления в природата. Електрическите импулси постоянно се движат в телата ни и дори самата материя на нашия свят се държи заедно от електрически заряди. Въпреки това електричеството все още трябваше да бъде открито и има някои противоречия относно това кой е първият, който е направил това.

Откривателят може да е бил английският лекар Уилям Гилбърт, който пръв е използвал думата "electricus" през 1600 година. Може да е бил и английският учен Томас Браун, който е измислил думата „електричество“ няколко години по-късно.

Американците обичат да вярват, че изобретателят Бенджамин Франклин доказа, че мълнията е електричество през 1752 година. Има дори доказателства, които показват, че древните гърци и перси са знаели за електричеството. Който получи наградата, сигурно е, че е открил постоянен ток (постоянен ток). Променливотоковото електричество (променлив ток) се появява едва през 19 век.

Учените визуализират електричеството като поток от отрицателно заредени частици, наречени електрони. Те са същите частици, които обикалят около ядрата на всички атоми, които съставляват материята.

Двата основни закона на електричеството са, че противоположностите се привличат и харесват отблъскват подобни. Следователно, електроните ще текат към положителен терминал и далеч от отрицателния. Потокът се осъществява само в една посока и силата на потока, или токът, зависи от разликата в заряда между двата терминала. Тази разлика е напрежението между клемите.

При липса на външен вход електроните ще се натрупват на положителния терминал и ще намалят потенциалната разлика между двата терминала и в крайна сметка потокът ще спре.

Може би най-известният пример за поток на постоянен ток е удар на мълния. Доказването, че мълнията е електрическо явление, беше истинското постижение на Бенджамин Франклин. Франклин лети с хвърчило при гръмотевична буря и прикрепя ключ към струната на хвърчилата. Когато ключът се зареди електрически и го удари леко, той беше въодушевен. Той беше доказал, че електрическият заряд се натрупва в облаците и че мълнията е разряд на тази електрическа енергия при моментна светкавица на постоянен ток.

Батерията е друг често срещан източник на постоянен ток. Състои се от двойка противоположно заредени клеми и когато свържете клемите с проводник, електричеството тече от отрицателния терминал (катода) към положителния (анода).

Разликата в заряда в батерията обикновено се осигурява от химичен процес в нейната сърцевина и този процес може да продължи само за ограничен период от време. Ако продължите да черпите енергия от батерия, тя в крайна сметка спира да произвежда заряд и изгасва.

Английският физик Майкъл Фарадей открил електромагнитна индукция през 1831 г., когато открил, че той може да генерира електрически ток в намотка от проводящ проводник чрез преместване на магнит напред и назад вътре в бобина.

Най-важното е, че Фарадей отбеляза, че токът променя посоката, когато променя посоката на магнита. Френският производител на инструменти Hippolyte Pixii използва това откритие за изграждането на първия генератор на променлив ток през 1832 година.

Променливотоковото електричество винаги се произвежда от индукционен генератор от типа, построен от Pixii, въпреки че съвременните генератори са далеч по-сложни от машината на Pixii. Генераторът може да използва въртящи се магнити или може да има въртяща се намотка, но винаги има такива тип на въртене и периодът на въртене определя колко често се променя токът посока.

Тъй като променя посоката си, променливотоковото електричество има свързана честота, което е броят пъти в секунда, когато се обръща.

Не е нужно да търсите далеч, за да намерите примери за променлив ток. Светлините в стаята, в която седите, както и климатикът, електрическият нагревател и всички уреди работят с променливотоково захранване, което се генерира във вашата местна електроцентрала.

Повечето електроцентрали използват пара, генерирана от изкопаеми горива, ядрено делене или геотермални процеси, за да въртят турбина. Турбината генерира електричество чрез електромагнитна индукция и скоростта на въртене се регулира внимателно, за да произвежда електричество с фиксирана честота. В Северна Америка честотата е 60 Hz (цикъла в секунда), но в повечето от останалия свят това е 50 Hz.

Вятърните мелници са възобновяеми енергийни източници, които също генерират електричество с променлив ток, но разчитат на вятъра да върти турбините им вместо изкопаеми горива или ядрено гориво. Някои генератори на вълни също имат турбини, които произвеждат променлив ток. Когато вълните компресират хидравлична система или джоб със затворен въздух, съхранената енергия се използва за въртене на турбина.

В електрифицирания свят на 21-ви век е трудно да си представим време, когато нямаше електричество, но това време не беше много отдавна. В края на 19 век електрическата крушка е измислена, но няма начин да се генерира енергия и да се вкарва в домовете, така че хората да могат да използват новото изобретение.

Томас Едисон, който помогна за разработването и пускането на пазара на крушки, подкрепи мрежата от генериращи постоянен ток станции, докато Никола Тесла, сръбски изобретател и бивш служител на Edison's, предпочита AC генератори. Тесла спечели и ето някои от причините:

• При напреженията, необходими за широкомащабна употреба на електричество, електричеството с променлив ток може да се предава по-нататък по електропроводи с по-малко падане на напрежението. Ако Едисън беше надделял и електричеството с постоянен ток се беше превърнало в стандарт, щеше да има електроцентрали на разстояние една миля една от друга. От друга страна, Тесла успя да захрани целия град Бъфало, Ню Йорк, с един индукционен генератор, разположен под Ниагарския водопад.

• Производството на променлив ток е по-евтино. Хидроелектрически генератор като този на Ниагарския водопад може да създава електричество от естествен процес. Не е необходим друг вход.

• Напрежението на променливотоковото захранване може да се промени с трансформатор. По времето на Тесла и Едисон това не беше възможно с постоянен ток. Днес обаче се предлагат трансформатори, които използват вътрешни схеми или инвертори за промяна на напрежението на постояннотоковия ток.

Въпреки че електричеството, което идва през електропроводите, е променлив, електронното оборудване често се нуждае от постоянен ток. В електрическата схема символът на постоянен ток е права линия с три точки или линии под нея, докато тази за променлив ток е единична вълнообразна линия. За да преобразуват променлив ток в постоянен, специалистите по електроника обикновено използват компонент на веригата, наречен диод или токоизправител. Той предава ток само в една посока, като по този начин създава пулсиращ DC сигнал от източник на променлив ток.

Инструментът за преобразуване на постоянен ток в променлив ток се нарича инвертор. Той използва транзистори, които са компоненти на веригата, които могат да се включват и изключват много бързо, за да насочват ток по поредица от вериги пътеки, които ефективно променят посоката си през двойка централни терминали, която е частта от веригата, към която прикачвате променлив ток натоварване. Инверторите се използват в електрически превозни средства. Те се използват и във фотоволтаични системи за преобразуване на постояннотоково електричество, генерирано от слънчеви панели, в променлив ток за използване в дома.