Что такое электричество постоянного и переменного тока?

Современные ученые считают электричество одним из самых фундаментальных явлений в природе. Электрические импульсы постоянно проходят по нашему телу, и даже сама материя нашего мира удерживается вместе с помощью электрических зарядов. Несмотря на это, электричество еще предстояло открыть, и есть некоторые разногласия относительно того, кто это сделал первым.

Первооткрывателем, возможно, был английский врач Уильям Гилберт, который первым использовал слово «электрик» в 1600 году. Возможно, это был английский ученый Томас Браун, который несколько лет спустя придумал слово «электричество».

Американцам нравится верить, что изобретатель Бенджамин Франклин доказал, что молния была электричеством в 1752 году. Есть даже свидетельства того, что древние греки и персы знали об электричестве. Кто бы ни получил приз, несомненно, они открыли для себя электричество постоянного тока (постоянный ток). Электричество переменного тока (переменного тока) не появлялось до 19 века.

Ученые представляют электричество как поток отрицательно заряженных частиц, называемых электронами. Это те же частицы, которые вращаются вокруг ядер всех атомов, составляющих материю.

Два фундаментальных закона электричества заключаются в том, что противоположности притягиваются, а подобное отталкивает подобное. Следовательно, электроны будут течь к положительному выводу и прочь от отрицательного. Поток происходит только в одном направлении, и сила потока или тока зависит от разницы в заряде между двумя выводами. Эта разница и есть напряжение между выводами.

При отсутствии внешнего входа электроны будут накапливаться на положительном выводе и уменьшать разность потенциалов между двумя выводами, и в конечном итоге поток остановится.

Возможно, самый известный пример протекания постоянного тока - это удар молнии. Настоящим достижением Бенджамина Франклина было доказать, что молния - это электрическое явление. Франклин запустил воздушного змея во время грозы и прикрепил ключ к веревке воздушного змея. Когда ключ стал электрически заряженным и слегка потряс его, он был в приподнятом настроении. Он доказал, что в облаках накапливается электрический заряд, и что молния - это разряд этой электрической энергии в мгновенной вспышке постоянного тока.

Батарея - еще один распространенный источник постоянного тока. Он состоит из пары противоположно заряженных клемм, и когда вы соединяете клеммы проводником, электричество перетекает с отрицательной клеммы (катода) на положительную (анод).

Разница в заряде батареи обычно обеспечивается химическим процессом в ее ядре, и этот процесс может продолжаться только в течение ограниченного времени. Если вы продолжаете получать энергию от батареи, она в конечном итоге перестает производить заряд и разряжается.

Английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году, когда обнаружил, что он мог генерировать электрический ток в катушке проводящего провода, перемещая магнит назад и вперед внутри катушка.

Важно отметить, что Фарадей отметил, что ток менял направление всякий раз, когда он менял направление магнита. Французский производитель инструментов Ипполит Пикси использовал это открытие для создания первого генератора переменного тока в 1832 году.

Электричество переменного тока всегда вырабатывается индукционным генератором того типа, который построен Pixii, хотя современные генераторы намного сложнее, чем машина Pixii. Генератор может использовать вращающиеся магниты или вращающуюся катушку, но всегда есть тип задействованного вращения, а период вращения определяет, как часто изменяется ток направление.

Поскольку он меняет направление, электричество переменного тока имеет соответствующую частоту, то есть количество раз в секунду, которое оно меняет на противоположное.

Не нужно далеко ходить, чтобы найти примеры электричества переменного тока. Свет в комнате, в которой вы сидите, а также кондиционер, электрический обогреватель и все приборы работают от сети переменного тока, вырабатываемой на вашей местной электростанции.

На большинстве электростанций для вращения турбины используется пар, вырабатываемый ископаемым топливом, ядерным делением или геотермальными процессами. Турбина вырабатывает электричество за счет электромагнитной индукции, а скорость вращения тщательно регулируется для выработки электричества с фиксированной частотой. В Северной Америке частота составляет 60 Гц (циклов в секунду), но в большей части остального мира она составляет 50 Гц.

Ветряные мельницы - это возобновляемые источники энергии, которые также вырабатывают электричество переменного тока, но они полагаются на ветер для вращения своих турбин, а не на ископаемое или ядерное топливо. Некоторые волновые генераторы также имеют турбины, вырабатывающие переменный ток. Когда волны сжимают гидравлическую систему или карман замкнутого воздуха, накопленная энергия используется для вращения турбины.

В электрифицированном мире 21 века трудно представить время, когда не было электричества, но это время было не так давно. В конце 19-го века была изобретена электрическая лампочка, но не было возможности генерировать электроэнергию и направлять ее в дома, чтобы люди могли использовать новое изобретение.

Томас Эдисон, который помогал разрабатывать и продавать лампочки, был за сеть генераторов постоянного тока. станций, в то время как Никола Тесла, сербский изобретатель и бывший сотрудник Эдисона, поддерживал AC генераторы. Tesla победила, и вот некоторые из причин:

• При напряжениях, необходимых для широкого использования электроэнергии, электричество переменного тока может передаваться дальше по линиям электропередачи с меньшим падением напряжения. Если бы Эдисон преобладал и электричество постоянного тока стало стандартом, то в пределах мили друг от друга должны были бы быть электростанции. Tesla, с другой стороны, смогла обеспечить энергией весь город Буффало, штат Нью-Йорк, с помощью одного индукционного генератора, расположенного под Ниагарским водопадом.

• Производство электроэнергии переменного тока дешевле. Гидроэлектрический генератор, такой как тот, что находится на Ниагарском водопаде, может вырабатывать электричество в результате естественного процесса. Никаких других вводных данных не требуется.

• Напряжение переменного тока можно изменять с помощью трансформатора. Во времена Теслы и Эдисона это было невозможно с постоянным током. Однако сегодня доступны трансформаторы, в которых используются внутренние схемы или инверторы для изменения напряжения постоянного тока.

Хотя электричество, которое проходит по линиям электропередач, является переменным током, для электронного оборудования часто требуется электричество постоянного тока. На принципиальной схеме символ постоянного тока представляет собой прямую линию с тремя точками или линиями под ней, а символ переменного тока представляет собой одну волнистую линию. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, специалисты по электронике обычно используют компонент схемы, называемый диодом или выпрямителем. Он пропускает ток только в одном направлении, создавая импульсный сигнал постоянного тока от источника переменного тока.

Инструмент для преобразования постоянного тока в переменный называется инвертором. В нем используются транзисторы, которые представляют собой компоненты схемы, которые могут очень быстро включаться и выключаться, чтобы направлять ток по серии цепей. пути, которые эффективно изменяют свое направление через пару центральных клемм, которая является частью цепи, к которой вы подключаете переменный ток нагрузка. Инверторы используются в электромобилях. Они также используются в фотоэлектрических системах для преобразования электроэнергии постоянного тока, вырабатываемой солнечными панелями, в переменный ток для использования в домашних условиях.