Mikä on AC- ja DC-sähkö?

Nykypäivän tutkijat ymmärtävät sähkön olevan yksi perustavanlaatuisimmista ilmiöistä luonnossa. Sähköimpulssit kulkevat jatkuvasti koko kehossamme, ja jopa koko maailmamme asia pysyy yhdessä sähkövarausten avulla. Tästä huolimatta sähköä oli vielä löydettävä, ja siitä, kuka teki ensimmäisen, on erimielisyyksiä.

Löytäjä saattoi olla englantilainen lääkäri William Gilbert, joka käytti ensimmäisenä sanaa "electricus" vuonna 1600. Se on saattanut olla myös englantilainen tiedemies Thomas Browne, joka loi sanan "sähkö" muutama vuosi myöhemmin.

Amerikkalaiset haluavat uskoa, että keksijä Benjamin Franklin osoitti salaman olevan sähköä vuonna 1752. On jopa todisteita siitä, että muinaiset kreikkalaiset ja persialaiset tiesivät sähköstä. Kuka saa palkinnon, se on varma veto, että he löysivät tasavirran (tasavirta). AC-sähkö (vaihtovirta) tuli vasta 1800-luvulla.

Tutkijat visualisoivat sähköä negatiivisesti varautuneiden hiukkasten virtaukseksi, jota kutsutaan elektroniksi. Ne ovat samoja hiukkasia, jotka kiertävät kaikkien aineen muodostavien atomien ytimiä.

Kaksi sähkön perustavaa laatulakia ovat, että vastakohdat houkuttelevat ja pitävät karkottavista. Näin ollen elektronit virtaavat kohti positiivista terminaalia ja poispäin negatiivisesta. Virtaus tapahtuu vain yhteen suuntaan, ja virtauksen tai virran voimakkuus riippuu kahden liittimen välisestä varauserosta. Tämä ero on liittimien välinen jännite.

Ulkoisen tulon puuttuessa elektronit kertyvät positiiviseen napaan ja vähentävät kahden liittimen välistä potentiaalieroa, ja lopulta virtaus pysähtyy.

Ehkä tunnetuin esimerkki tasavirran virtauksesta on salamanisku. Sen osoittaminen, että salama on sähköinen ilmiö, oli Benjamin Franklinin todellinen saavutus. Franklin lensi leijaa ukkosmyrskyssä ja kiinnitti avaimen leijajonoon. Kun avain latautui sähköisesti ja aiheutti hänelle lievän sokin, hän oli ylpeä. Hän oli osoittanut, että sähkövaraus kertyy pilviin ja että salama on tämän sähköenergian purkaus hetkellisessä tasavirran välähdyksessä.

Akku on toinen yleinen tasavirtalähteen lähde. Se koostuu parista vastakkain ladattua liitintä, ja kun liität liittimet johtimeen, sähkö virtaa negatiivisesta liittimestä (katodi) positiiviseen (anodi).

Akun varausero saadaan tyypillisesti sen ytimessä olevasta kemiallisesta prosessista, ja tämä prosessi voi jatkua vain rajoitetun ajan. Jos jatkat virran saamista akusta, se lopulta lopettaa lataamisen ja kuolee.

Englantilainen fyysikko Michael Faraday löysi sähkömagneettisen induktion vuonna 1831 huomatessaan, että hän voisi tuottaa sähkövirtaa johtavan käämin sisällä siirtämällä magneettia edestakaisin kela.

Tärkeää on, että Faraday totesi, että virta muutti suuntaa aina, kun hän muutti magneetin suuntaa. Ranskalainen instrumenttivalmistaja Hippolyte Pixii rakensi tämän löytön ensimmäisen vaihtovirtageneraattorin vuonna 1832.

AC-sähköä tuottaa aina Pixii: n rakentama induktiogeneraattori, vaikka nykyaikaiset generaattorit ovat paljon kehittyneempiä kuin Pixii: n kone. Generaattorissa voi olla pyöriviä magneetteja tai siinä voi olla pyörivä kela, mutta niitä on aina kiertotyyppi, ja kiertojakso määrittää kuinka usein virta muuttuu suunta.

Koska se muuttaa suuntaa, vaihtovirralla on siihen liittyvä taajuus, joka on kuinka monta kertaa sekunnissa se kääntyy.

Sinun ei tarvitse etsiä kauas löytääksesi esimerkkejä vaihtovirrasta. Huoneen, jossa istut, valot, samoin kuin ilmastointilaite, sähkölämmitin ja kaikki laitteet, toimivat vaihtovirralla, joka syntyy paikallisessa voimalaitoksessa.

Suurin osa voimalaitoksista käyttää fossiilisten polttoaineiden, ydinfissioiden tai geotermisten prosessien tuottamaa höyryä turbiinin pyörittämiseen. Turbiini tuottaa sähköä sähkömagneettisella induktiolla, ja pyörimisnopeutta säädetään huolellisesti tuottamaan sähköä kiinteällä taajuudella. Pohjois-Amerikassa taajuus on 60 Hz (jaksoa sekunnissa), mutta suurimmassa osassa muuta maailmaa se on 50 Hz.

Tuulimyllyt ovat uusiutuvia energialähteitä, jotka tuottavat myös vaihtovirta-sähköä, mutta ne luottavat tuuleen pyörittäessään turbinejaan fossiilisten tai ydinpolttoaineiden sijaan. Joillakin aaltogeneraattoreilla on myös turbiinit, jotka tuottavat vaihtovirtaa. Kun aallot puristavat hydraulijärjestelmän tai suljetun ilman taskun, varastoitu energia käytetään turbiinin pyörittämiseen.

2000-luvun sähköistetyssä maailmassa on vaikea kuvitella aikaa, jolloin sähköä ei ollut, mutta se ei ollut kovin kauan sitten. 1800-luvun lopulla hehkulamppu oli keksitty, mutta ei ollut mitään keinoa tuottaa sähköä ja saada se koteihin, jotta ihmiset voisivat käyttää uutta keksintöä.

Thomas Edison, joka auttoi kehittämään ja markkinoimaan hehkulamppuja, kannatti DC-generaattoriverkkoa kun taas serbialainen keksijä ja Edisonin entinen työntekijä Nikola Tesla suosi AC: tä generaattorit. Tesla voitti, ja tässä on joitain syitä:

• Laajan mittakaavan sähkönkäyttöön tarvittavilla jännitteillä vaihtovirtasähköä voidaan siirtää edelleen pitkin voimajohtoja pienemmällä jännitehäviöllä. Jos Edison olisi vallinnut ja tasavirtasähköstä olisi tullut standardi, voimalaitoksia olisi pitänyt olla mailin päässä toisistaan. Tesla puolestaan ​​pystyi käyttämään voimaa koko Buffalon kaupungissa New Yorkissa yhdellä induktiogeneraattorilla, joka oli sijoitettu Niagara Fallsin alle.

• Vaihtovirran tuotanto on halvempaa. Niagara Fallsin kaltainen vesivoimageneraattori voi luoda sähköä luonnollisesta prosessista. Muita syötteitä ei tarvita.

• Vaihtovirran jännitettä voidaan muuttaa muuntajalla. Teslan ja Edisonin aikaan tämä ei ollut mahdollista DC-virralla. Nykyään on kuitenkin saatavana muuntajia, jotka käyttävät sisäistä piiriä tai invertteriä tasavirran jännitteen muuttamiseksi.

Vaikka sähkölinjoista tuleva sähkö on vaihtovirtaa, elektroniikkalaitteet vaativat usein tasavirtaa. Piirikaaviossa tasavirran symboli on suora viiva, jonka alla on kolme pistettä tai viivaa, kun taas vaihtovirran symboli on yksi aaltoviiva. Vaihtovirran muuntamiseksi tasavirraksi elektroniikan asiantuntijat käyttävät yleensä piirikomponenttia, jota kutsutaan diodiksi tai tasasuuntaajaksi. Se kulkee virtaa vain yhteen suuntaan, mikä luo sykkivän DC-signaalin AC-virtalähteestä.

Työkalua DC: n muuttamiseksi vaihtovirraksi kutsutaan invertteriksi. Se käyttää transistoreita, jotka ovat piirikomponentteja, jotka voivat kytkeytyä päälle ja pois päältä nopeasti, virrata tasavirtaa pitkin piirisarjaa polkuja, jotka muuttavat suuntansa tehokkaasti keskuspääteparin yli, joka on piiri, johon liität vaihtovirran ladata. Taajuusmuuttajia käytetään sähköajoneuvoissa. Niitä käytetään myös aurinkosähköjärjestelmissä aurinkopaneelien tuottaman DC-sähkön muuntamiseksi vaihtovirraksi kotona käytettäväksi.