Ce este electricitatea AC și DC?

Oamenii de știință de astăzi înțeleg că electricitatea este unul dintre cele mai fundamentale fenomene din natură. Impulsurile electrice se desfășoară în mod constant pe tot corpul nostru și chiar chiar materia lumii noastre este ținută împreună de sarcini electrice. În ciuda acestui fapt, electricitatea trebuia încă descoperită și există unele controverse cu privire la cine a fost primul care a făcut acest lucru.

Descoperitorul ar fi putut fi medicul englez William Gilbert, care a fost primul care a folosit cuvântul „electricus” în anul 1600. Poate că a fost și omul de știință englez Thomas Browne, care a inventat cuvântul „electricitate” câțiva ani mai târziu.

Americanilor le place să creadă că inventatorul Benjamin Franklin a demonstrat că fulgerul este electricitate în 1752. Există chiar dovezi care arată că vechii greci și perși știau despre electricitate. Oricine primește premiul, este un pariu sigur că a descoperit electricitatea continuă (curent continuu). Curentul alternativ (curent alternativ) nu a apărut până în secolul al XIX-lea.

Oamenii de știință vizualizează electricitatea ca fluxul de particule încărcate negativ numite electroni. Sunt aceleași particule care orbitează nucleele tuturor atomilor care constituie materia.

Cele două legi fundamentale ale electricității sunt că opusele atrag și le place respingerea. În consecință, electronii vor curge către un terminal pozitiv și se vor îndepărta de unul negativ. Debitul are loc doar într-o singură direcție, iar puterea debitului sau curentul depinde de diferența de încărcare dintre cele două terminale. Această diferență este tensiunea dintre terminale.

În absența intrării externe, electronii se vor acumula pe terminalul pozitiv și vor reduce diferența de potențial între cele două terminale și, în cele din urmă, fluxul se va opri.

Poate că cel mai cunoscut exemplu de curent continuu este un fulger. Demonstrarea faptului că fulgerul este un fenomen electric a fost adevărata realizare a lui Benjamin Franklin. Franklin a zburat un zmeu într-o furtună și a atașat o cheie la șirul de zmeu. Când cheia s-a încărcat electric și i-a dat un șoc ușor, a fost încântat. El dovedise că încărcătura electrică se acumulează în nori și că fulgerul este o descărcare a acestei energii electrice într-o clipă de curent continuu.

O baterie este o altă sursă comună de curent continuu. Se compune dintr-o pereche de terminale încărcate opus, iar atunci când conectați terminalele cu un conductor, curentul electric curge de la terminalul negativ (catodul) la cel pozitiv (anodul).

Diferența de încărcare a unei baterii este de obicei asigurată de un proces chimic în nucleul său, iar acest proces poate continua doar pentru o perioadă limitată de timp. Dacă continuați să trageți energie de la o baterie, acesta încetează să producă încărcare și se epuizează.

Fizicianul englez Michael Faraday a descoperit inducția electromagnetică în 1831 când a constatat că el ar putea genera un curent electric într-o bobină de sârmă conductoare prin deplasarea unui magnet înainte și înapoi în interiorul bobina.

În mod crucial, Faraday a remarcat că curentul a schimbat direcția ori de câte ori a schimbat direcția magnetului. Producătorul francez de instrumente Hippolyte Pixii a folosit această descoperire pentru a construi primul generator de curent alternativ în 1832.

Electricitatea în curent alternativ este întotdeauna produsă de un generator de inducție de tipul construit de Pixii, deși generatoarele moderne sunt mult mai sofisticate decât aparatul Pixii. Generatorul poate folosi magneți rotativi sau poate avea o bobină rotativă, dar există întotdeauna unii tipul de rotație implicat, iar perioada de rotație definește cât de des se modifică curentul direcţie.

Deoarece schimbă direcția, curentul alternativ are o frecvență asociată, care este numărul de ori pe secundă pe care îl inversează.

Nu trebuie să căutați departe pentru a găsi exemple de electricitate de curent alternativ. Luminile din camera în care stați, precum și aparatul de aer condiționat, încălzitorul electric și toate aparatele, funcționează cu curent alternativ, care este generat la centrala dvs. electrică locală.

Majoritatea centralelor electrice folosesc aburul generat de combustibili fosili, fisiunea nucleară sau procesele geotermale pentru a roti o turbină. Turbina generează electricitate prin inducție electromagnetică, iar viteza de rotație este guvernată cu atenție pentru a produce electricitate cu o frecvență fixă. În America de Nord, frecvența este de 60 Hz (cicluri pe secundă), dar în majoritatea restului lumii este de 50 Hz.

Morile de vânt sunt surse de energie regenerabile care generează și electricitate în curent alternativ, dar se bazează pe vânt pentru a-și roti turbinele în loc de combustibili fosili sau combustibili nucleari. Unele generatoare de unde au, de asemenea, turbine care produc curent alternativ. Când valurile comprimă un sistem hidraulic sau un buzunar de aer închis, energia stocată este utilizată pentru a roti o turbină.

În lumea electrificată a secolului 21, este greu de imaginat un moment în care nu exista electricitate, dar acel timp nu a fost cu mult timp în urmă. La sfârșitul secolului al XIX-lea, becul fusese inventat, dar nu exista nicio modalitate de a genera energie și de a o introduce în case, astfel încât oamenii să poată folosi noua invenție.

Thomas Edison, care a contribuit la dezvoltarea și comercializarea becurilor, a fost în favoarea unei rețele de generare de curent continuu stații, în timp ce Nikola Tesla, un inventator sârb și fost angajat al lui Edison, a favorizat AC generatoare. Tesla a câștigat și iată câteva dintre motive:

• La tensiunile necesare pentru utilizarea pe scară largă a energiei electrice, curentul alternativ poate fi transmis mai departe de-a lungul liniilor electrice cu o cădere de tensiune mai mică. Dacă Edison ar fi triumfat și electricitatea continuă ar fi devenit standardul, ar fi trebuit să existe centrale electrice la o distanță de un kilometru unul de celălalt. Tesla, pe de altă parte, a reușit să alimenteze întregul oraș Buffalo, New York, cu un singur generator de inducție poziționat sub cascada Niagara.

• Generarea de curent alternativ este mai ieftină. Un generator hidroelectric precum cel de la Cascada Niagara poate crea electricitate dintr-un proces natural. Nu este necesară nicio altă intrare.

• Tensiunea de curent alternativ poate fi modificată cu un transformator. La vremea lui Tesla și Edison, acest lucru nu era posibil cu curentul continuu. Astăzi, însă, sunt disponibile transformatoare care utilizează circuite interne sau invertoare pentru a modifica tensiunea curentului continuu.

Deși electricitatea care trece prin liniile de alimentare este de curent alternativ, echipamentele electronice necesită adesea curent continuu. Într-o diagramă a circuitului, simbolul curentului continuu este o linie dreaptă cu trei puncte sau linii dedesubt, în timp ce cea pentru curent alternativ este o singură linie ondulată. Pentru a converti curentul alternativ în curent continuu, specialiștii în electronică folosesc de obicei o componentă a circuitului numită diodă sau redresor. Trece curentul într-o singură direcție, creând astfel un semnal DC pulsat de la o sursă de curent alternativ.

Instrumentul pentru conversia curentului continuu în curent alternativ se numește invertor. Folosește tranzistoare, care sunt componente ale circuitului care se pot porni și opri foarte rapid, pentru a continua curentul de-a lungul unei serii de circuite căi care își schimbă efectiv direcția pe o pereche de terminale centrale, care este partea circuitului la care atașați AC sarcină. Invertoarele sunt utilizate în vehiculele electrice. Ele sunt, de asemenea, utilizate în sistemele fotovoltaice pentru a converti electricitatea continuă generată de panourile solare în curent alternativ pentru utilizare în casă.