A mai tudósok az elektromosságot a természet egyik legalapvetőbb jelenségének tekintik. Az elektromos impulzusok folyamatosan mozognak testünkben, sőt világunk anyagát is elektromos töltések tartják össze. Ennek ellenére még mindig fel kellett fedezni az áramot, és van némi vita arról, hogy ki tette ezt először.
A felfedező William Gilbert angol orvos lehetett, aki elsőként használta az "electricus" szót 1600-ban. Lehetséges, hogy Thomas Browne angol tudós is kitalálta néhány évvel később az "áram" szót.
Az amerikaiak szeretik azt hinni, hogy a feltaláló Benjamin Franklin bizonyította, hogy 1752-ben a villám az áram. Még arra is van bizonyíték, hogy az ókori görögök és perzsák tudtak az áramról. Aki megkapja a díjat, az biztos, hogy felfedezte az egyenáramot (egyenáramot). A váltakozó áramú áram csak a 19. században jött létre.
Mi az egyenáramú áram?
A tudósok az elektromosságot negatív töltésű részecskék áramlásaként vizionálják. Ugyanazok a részecskék, amelyek az anyagot alkotó összes atom magja körül keringenek.
A villamos energia két alaptörvénye az, hogy az ellentétek vonzzák a hasonlóakat taszító replikákat. Következésképpen az elektronok a pozitív terminál felé áramlanak, és távol a negatívól. Az áramlás csak egy irányban történik, és az áramlás vagy az áram erőssége a két terminál közötti töltéskülönbségtől függ. Ez a különbség a kapcsok közötti feszültség.
Külső bemenet hiányában az elektronok felhalmozódnak a pozitív terminálon, és csökkentik a két terminál közötti potenciálkülönbséget, és végül az áramlás leáll.
Egyenáramú példák
Az egyenáramú áramlás talán legismertebb példája a villámcsapás. Annak bizonyítása, hogy a villám elektromos jelenség, Benjamin Franklin igazi teljesítménye volt. Franklin vihar alatt repített sárkányt, és kulcsot csatolt a sárkányhúrhoz. Amikor a kulcs elektromosan feltöltődött és enyhe sokkot okozott neki, felbuzdult. Bizonyította, hogy az elektromos töltés felhalmozódik a felhőkben, és hogy a villám ennek az elektromos energiának a kisütése az egyenáram pillanatnyi villanásában.
Az akkumulátor egy másik gyakori egyenáramú áramforrás. Két ellentétesen töltött sorkapocsból áll, és amikor a sorkapcsokat egy vezetővel csatlakoztatja, a negatív kivezetésről (a katód) a pozitívra (az anód) áram áramlik.
Az akkumulátor töltéskülönbségét általában a magjában lévő kémiai folyamat biztosítja, és ez a folyamat csak korlátozott ideig folytatható. Ha továbbra is merít egy akkumulátort az energiából, az végül leállítja a töltést és elhal.
Mi az a váltakozó áramú áram?
Michael Faraday angol fizikus 1831-ben fedezte fel az elektromágneses indukciót, amikor rájött, hogy ő elektromos áramot generálhat egy vezető vezeték tekercsében, ha a mágnest előre-hátra mozgatja a vezeték belsejében tekercs.
Fontos, hogy Faraday megjegyezte, hogy az áram irányt váltott, valahányszor megváltoztatta a mágnes irányát. A francia Hippolyte Pixii hangszergyártó ezt a felfedezést használta fel az első váltakozó áramú generátor megépítésére 1832-ben.
A váltakozó áramú áramot mindig a Pixii által gyártott típusú indukciós generátor állítja elő, bár a modern generátorok sokkal kifinomultabbak, mint a Pixii gépe. A generátor forgó mágneseket alkalmazhat, vagy lehet forgó tekercse, de mindig van ilyen az érintett forgatás típusa, és a forgás időtartama határozza meg, hogy az áram milyen gyakran változik irány.
Mivel megváltoztatja az irányt, a váltakozó áramú villamos energiához társul frekvencia, amely másodpercenként megfordul.
Váltakozó áramú példák
Nem kell messze keresnie, hogy példákat találjon a váltakozó áramú áramra. A helyiségben lévő lámpák, valamint a légkondicionáló, az elektromos fűtés és az összes készülék váltóárammal működik, amelyet a helyi erőműnél generálnak.
A legtöbb erőmű fosszilis tüzelőanyagok, maghasadás vagy geotermikus folyamatok által előállított gőzt használ a turbina forgatására. A turbina elektromágneses indukció útján termel villamos energiát, és a forgási sebességet gondosan szabályozzák, hogy rögzített frekvenciájú áramot termeljenek. Észak-Amerikában a frekvencia 60 Hz (ciklus / másodperc), de a világ többi részén 50 Hz.
A szélmalmok megújuló energiaforrások, amelyek váltakozó áramú áramot is termelnek, de a fosszilis vagy nukleáris üzemanyagok helyett a szélre támaszkodva turbináikat forgatják. Egyes hullámgenerátorok rendelkeznek turbinákkal is, amelyek váltakozó áramot termelnek. Amikor a hullámok összenyomnak egy hidraulikus rendszert vagy egy zárt levegős zsebet, a tárolt energiát egy turbina forgatására fordítják.
Különbségek az AC és a DC között
A 21. század villamos világában nehéz elképzelni egy olyan időszakot, amikor még nem volt áram, de ez az idő nem volt olyan régen. A 19. század végén feltalálták a villanykörtét, de nem volt mód energiát előállítani és otthonba juttatni, hogy az emberek felhasználhassák az új találmányt.
Thomas Edison, aki segített a villanykörték fejlesztésében és forgalmazásában, támogatta az egyenáramot termelő hálózatot állomásokon, míg Nikola Tesla, a szerb feltaláló és az Edison's korábbi alkalmazottja az AC-t támogatta generátorok. A Tesla nyert, és íme néhány ok:
- A széles körű villamosenergia-felhasználáshoz szükséges feszültségeknél a váltakozó áramú villamos energia tovább vezethető tovább az elektromos vezetékek mentén, kisebb feszültségeséssel. Ha Edison lett volna a legerősebb, és az egyenáramú villamos energia lett a szabvány, erőmérőknek kellett volna lenniük egymástól egy mérföldnyire. A Tesla viszont képes volt a New York-i Buffalo város teljes áramellátását egyetlen indukciós generátorral a Niagara-vízesés alatt elhelyezni.
- Az áramellátás olcsóbb. Egy olyan hidroelektromos generátor, mint amilyen a Niagara-vízesésnél van, természetes folyamatból képes villamos energiát létrehozni. Nincs szükség más bemenetre.
- Az AC feszültsége transzformátorral módosítható. Tesla és Edison idején ez nem volt lehetséges egyenárammal. Ma azonban olyan transzformátorok állnak rendelkezésre, amelyek belső áramkört vagy invertereket alkalmaznak az egyenáram feszültségének megváltoztatására.
Az AC váltása DC-re és vissza
Noha az elektromos vezetékek áramellátása váltakozó áramú, az elektronikai berendezések gyakran egyenáramú áramot igényelnek. Az áramköri ábrán az egyenáram szimbóluma egy egyenes, három pont vagy vonal van alatta, míg a váltakozó áram esetében egyetlen hullámvonal. Az AC áram DC-vé történő átalakításához az elektronikai szakemberek általában áramkör-alkatrészeket használnak, amelyeket diódának vagy egyenirányítónak hívnak. Csak egy irányban adja át az áramot, így impulzusos DC jelet hoz létre egy AC áramforrásból.
Az egyenáram váltakozó áramúvá alakításának eszközét inverternek nevezzük. A tranzisztorokat, amelyek olyan áramköri alkatrészek, amelyek nagyon gyorsan be- és kikapcsolhatók, egy áramkör sorozat mentén vezeti az áramot utak, amelyek hatékonyan megváltoztatják az irányát egy központi terminálpáron, amely az áramkör része, amelyhez az AC-t csatlakoztatja Betöltés. Az invertereket elektromos járművekben használják. Ezeket a fotovoltaikus rendszerekben is használják, hogy a napelemek által termelt egyenáramú áramot átalakítsák váltóárammá az otthoni használatra.
