מה זה חשמל AC ו- DC?

המדענים של ימינו מבינים שחשמל היא אחת התופעות היסודיות ביותר בטבע. דחפים חשמליים מתרוצצים כל הזמן בגופנו, ואפילו עצם עולמנו מוחזק על ידי מטענים חשמליים. למרות זאת, עדיין היה צורך לגלות חשמל, ויש מחלוקת ביחס למי שהיה הראשון לעשות זאת.

ייתכן שהגילוי היה הרופא האנגלי ויליאם גילברט, שהיה הראשון להשתמש במילה "electricus" בשנת 1600. יתכן שהיה זה גם המדען האנגלי תומאס בראון, שטבע את המילה "חשמל" כעבור כמה שנים.

האמריקנים אוהבים להאמין שממציא בנג'מין פרנקלין, שהוכיח שברק הוא חשמל בשנת 1752. יש אפילו עדויות המראות כי היוונים והפרסים הקדומים ידעו על חשמל. מי שמקבל את הפרס, זה הימור בטוח שגילו חשמל DC (זרם ישר). חשמל AC (זרם חילופין) לא הגיע עד למאה ה -19.

מדענים מדמיינים חשמל כזרם של חלקיקים טעונים שליליים הנקראים אלקטרונים. הם אותם חלקיקים שמקיפים את הגרעינים של כל האטומים המהווים חומר.

שני חוקי היסוד של חשמל הם שהפכים מושכים וכמו דוחים כמו. כתוצאה מכך, אלקטרונים יזרמו לעבר מסוף חיובי והרחק מזה שלילי. הזרימה מתרחשת רק בכיוון אחד, ועוצמת הזרימה, או הזרם, תלויה בהפרש המטען בין שני המסופים. הבדל זה הוא המתח בין המסופים.

בהיעדר קלט חיצוני, האלקטרונים יצטברו על המסוף החיובי ויקטינו את הפרש הפוטנציאל בין שני המסופים, ובסופו של דבר הזרימה תיפסק.

אולי הדוגמה הידועה ביותר לזרימת זרם DC היא מכת ברק. ההוכחה שברק היא תופעה חשמלית הייתה ההישג האמיתי של בנג'מין פרנקלין. פרנקלין הטיס עפיפון בסופת רעמים והצמיד מפתח למיתר העפיפונים. כשהמפתח נטען חשמלי ונתן לו הלם קל, הוא היה מרומם רוח. הוא הוכיח כי מטען חשמלי מצטבר בעננים, וכי הברק הוא פריקה של אנרגיה חשמלית זו בהבזק רגעי של זרם DC.

סוללה היא מקור נפוץ נוסף של חשמל DC. הוא מורכב מצמד מסופים טעונים מנוגדים, וכאשר אתה מחבר את המסופים עם מוליך, חשמל זורם מהמסוף השלילי (הקתודה) לחיובי (האנודה).

הפרש הטעינה בסוללה מסופק בדרך כלל על ידי תהליך כימי שביסודו, ותהליך זה יכול להימשך רק לזמן מוגבל. אם אתה ממשיך לשאוב כוח מסוללה, בסופו של דבר זה מפסיק לייצר מטען והולך מת.

הפיזיקאי האנגלי מייקל פאראדי גילה אינדוקציה אלקטרומגנטית בשנת 1831 כשגילה שהוא יכול לייצר זרם חשמלי בסליל של חוט מוליך על ידי הזזת מגנט קדימה ואחורה בתוך סליל.

מכריע, פאראדיי ציין כי הזרם שינה כיוון בכל פעם שהוא שינה את כיוון המגנט. יצרנית הכלים הצרפתית Hippolyte Pixii השתמשה בתגלית זו לבניית הגנרטור הנוכחי של זרם חילופין בשנת 1832.

חשמל AC מיוצר תמיד על ידי מחולל אינדוקציה מהסוג שנבנה על ידי Pixii, אם כי גנרטורים מודרניים הם הרבה יותר מתוחכמים מהמכונה של Pixii. הגנרטור עשוי להשתמש במגנטים מסתובבים, או שיש לו סליל מסתובב, אבל תמיד יש כאלה סוג הסיבוב המעורב, ותקופת הסיבוב מגדירה באיזו תדירות הנוכחי משתנה כיוון.

מכיוון שהוא משנה כיוון, יש לחשמל AC תדר משויך, שהוא מספר הפעמים בשנייה שהוא הופך.

אתה לא צריך לחפש רחוק כדי למצוא דוגמאות לחשמל. האורות בחדר בו אתה יושב, כמו גם המזגן, תנור החשמל וכל מכשירי החשמל, פועלים באמצעות זרם זרם חשמל שנוצר בתחנת הכוח המקומית שלך.

מרבית תחנות הכוח משתמשות בקיטור שנוצר על ידי דלקים מאובנים, ביקוע גרעיני או תהליכים גיאותרמיים כדי לסובב טורבינה. הטורבינה מייצרת חשמל על ידי אינדוקציה אלקטרומגנטית, ומהירות הסיבוב נשלטת בקפידה כדי לייצר חשמל בתדירות קבועה. בצפון אמריקה התדר הוא 60 הרץ (מחזורים לשנייה), אך ברוב שאר העולם מדובר על 50 הרץ.

טחנות רוח הן מקורות אנרגיה מתחדשים המייצרים גם חשמל AC, אך הם מסתמכים על הרוח שתסובב את טורבינותיהם במקום דלקים מאובנים או דלק גרעיני. בחלק מחוללי הגלים יש גם טורבינות המייצרות כוח AC. כאשר הגלים דוחסים מערכת הידראולית או כיס של אוויר סגור, האנרגיה המאוחסנת משמשת לסיבוב טורבינה.

בעולם המחושמל של המאה ה -21, קשה לדמיין תקופה בה לא היה חשמל, אבל הזמן הזה לא היה מזמן. בסוף המאה ה -19 הומצאה הנורה, אך לא הייתה שום דרך לייצר חשמל ולהכניס אותו לבתים כדי שאנשים יוכלו להשתמש בהמצאה החדשה.

תומאס אדיסון, שסייע בפיתוח ושיווק נורות, היה בעד רשת לייצור DC תחנות, בעוד ניקולה טסלה, ממציא סרבי ועובד לשעבר של אדיסון, העדיף את AC גנרטורים. טסלה ניצחה, והנה כמה מהסיבות:

• במתח המתחייב לשימוש בקנה מידה רחב, ניתן להעביר חשמל בזרם נוסף לאורך קווי חשמל עם ירידת מתח פחותה. אם אדיסון היה מנצח, וחשמל DC היה הופך לסטנדרט, היו צריכים להיות תחנות כוח במרחק של קילומטר אחד מהשני. טסלה, לעומת זאת, הצליחה להניע את כל העיר באפלו, ניו יורק, עם מחולל אינדוקציה יחיד שמוצב מתחת למפלי הניאגרה.

• ייצור חשמל AC זול יותר. גנרטור הידרואלקטרי כמו זה במפלי הניאגרה יכול ליצור חשמל מתהליך טבעי. אין צורך בקלט אחר.

• ניתן לשנות את מתח הכוח עם שנאי. בזמן טסלה ואדיסון זה לא היה אפשרי עם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם. עם זאת, כיום קיימים שנאים המשתמשים במעגלים פנימיים או בממירים לשינוי מתח הזרם DC.

למרות שהחשמל שמגיע דרך קווי החשמל הוא זרם חילופין, ציוד אלקטרוניקה דורש לעיתים קרובות חשמל DC. בתרשים מעגל, סמל הזרם הישיר הוא קו ישר שמתחתיו שלוש נקודות או קווים, ואילו זה עבור זרם חילופין הוא קו גלי יחיד. כדי להמיר זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם חשמל, מומחי אלקטרוניקה משתמשים בדרך כלל ברכיב מעגל הנקרא דיודה, או מיישר. הוא מעביר זרם בכיוון אחד בלבד, ובכך יוצר אות DC פועם ממקור זרם זרם חילופין.

הכלי להמרת זרם זרם זרם מתח נקרא מהפך. הוא משתמש בטרנזיסטורים, שהם רכיבי מעגל שיכולים להפעיל ולכבות במהירות רבה, כדי לכוון זרם לאורך סדרת מעגלים נתיבים שמשנים למעשה את כיוונו על פני זוג טרמינלים מרכזיים, שהוא החלק במעגל אליו אתה מחבר את זרם ה- AC לִטעוֹן. ממירים משמשים ברכבים חשמליים. הם משמשים גם במערכות פוטו-וולטאיות להמרת חשמל DC שנוצר על ידי פאנלים סולאריים לזרם זרם חשמל לשימוש בבית.