Що таке електрика змінного та постійного струму?

Сучасні вчені розуміють електрику як одне з найбільш фундаментальних явищ у природі. Електричні імпульси постійно курсують по нашому тілу, і навіть сама матерія нашого світу утримується разом електричними зарядами. Незважаючи на це, електроенергію все-таки довелося виявити, і є певні суперечки щодо того, хто першим це зробив.

Першовідкривачем, можливо, був англійський лікар Вільям Гілберт, який першим вжив слово "electricus" у 1600 році. Можливо, це також був англійський вчений Томас Браун, який кілька років потому ввів слово "електрика".

Американці люблять вірити, що це винахідник Бенджамін Франклін, який довів, що блискавка була електрикою в 1752 році. Існують навіть докази того, що стародавні греки та перси знали про електрику. Той, хто отримає приз, впевнений, що він виявив електрику постійного струму (постійний струм). Електрика змінного струму (змінний струм) з’явилася лише в 19 столітті.

Вчені візуалізують електрику як потік негативно заряджених частинок, званих електронами. Це ті самі частинки, які обертаються навколо ядер усіх атомів, що складають речовину.

Два фундаментальних закони електрики полягають у тому, що протилежності приваблюють і подобаються відбивають подібні. Отже, електрони будуть текти до позитивного терміналу та від негативного. Потік відбувається лише в одному напрямку, і сила потоку, або струму, залежить від різниці в заряді між двома клемами. Ця різниця є напругою між клемами.

За відсутності зовнішнього входу електрони накопичуватимуться на позитивному терміналі і зменшуватимуть різницю потенціалів між двома терміналами, і з часом потік припиниться.

Мабуть, найвідомішим прикладом потоку постійного струму є удар блискавки. Довести, що блискавка є електричним явищем, стало справжнім досягненням Бенджаміна Франкліна. Франклін пролетів повітряним змієм під час грози і прикріпив ключ до струни повітряних зміїв. Коли ключ зарядився електрично і завдав йому легкого удару, він був у захваті. Він довів, що в хмарах накопичується електричний заряд, і що блискавка - це розряд цієї електричної енергії при миттєвому спалаху постійного струму.

Ще одним поширеним джерелом електроенергії постійного струму є батарея. Він складається з пари протилежно заряджених клем, і коли ви підключаєте клеми провідником, електрика тече від мінусової клеми (катода) до позитивної (анода).

Різниця заряду в акумуляторі, як правило, забезпечується хімічним процесом в його серцевині, і цей процес може тривати лише обмежений час. Якщо ви продовжуєте черпати живлення від акумулятора, він з часом перестає виробляти заряд і вимикається.

Англійський фізик Майкл Фарадей відкрив електромагнітну індукцію в 1831 році, коли виявив, що він може генерувати електричний струм в котушці провідного дроту, рухаючи магніт вперед і назад всередині котушка.

Що найважливіше, Фарадей зазначив, що струм змінював напрямок, коли він змінював напрямок магніту. Французький виробник приладів Іпполіт Піксі використав це відкриття для побудови першого генератора змінного струму в 1832 році.

Електроенергія змінного струму завжди виробляється індукційним генератором типу побудованого Pixii, хоча сучасні генератори набагато складніші, ніж машини Pixii. Генератор може використовувати обертові магніти, або він може мати обертову котушку, але такі завжди є тип обертання та період обертання визначає, як часто змінюється струм напрямку.

Оскільки воно змінює напрямок, електрика змінного струму має відповідну частоту, тобто кількість разів на секунду, коли вона змінюється.

Вам не потрібно далеко шукати, щоб знайти приклади змінного струму. Світло в кімнаті, в якій ви сидите, а також кондиціонер, електронагрівач та всі електроприлади працюють від джерела змінного струму, яке генерується на вашій місцевій електростанції.

Більшість електростанцій використовують пару, що утворюється на викопному паливі, ядерному поділі або геотермальних процесах для обертання турбіни. Турбіна виробляє електроенергію за допомогою електромагнітної індукції, і швидкість обертання ретельно регулюється для отримання електроенергії з фіксованою частотою. У Північній Америці частота становить 60 Гц (циклів в секунду), але в більшості решти світу вона становить 50 Гц.

Вітряки - це поновлювані джерела енергії, які також виробляють електроенергію змінного струму, але вони покладаються на вітер, щоб крутити свої турбіни замість викопного палива чи ядерного палива. Деякі генератори хвиль також мають турбіни, що виробляють потужність змінного струму. Коли хвилі стискають гідравлічну систему або кишеню замкнутого повітря, накопичена енергія використовується для обертання турбіни.

В електрифікованому світі 21 століття важко уявити час, коли не було електрики, але цей час був не так давно. В кінці 19 століття було винайдено лампочку, але не було можливості виробляти електроенергію та потрапляти в будинки, щоб люди могли використовувати новий винахід.

Томас Едісон, який допомагав розробляти та продавати лампочки, висловився за мережу генерації постійного струму станцій, тоді як Нікола Тесла, сербський винахідник і колишній співробітник Едісона, віддав перевагу змінного струму генератори. Тесла виграв, і ось кілька причин:

• При напругах, необхідних для широкомасштабного використання електроенергії, електроенергія змінного струму може передаватися далі по лініях електропередач із меншим падінням напруги. Якби Едісон переважав, а електроенергія постійного струму стала стандартом, то електростанції повинні були знаходитися на відстані милі одна від одної. З іншого боку, Тесла змогла живити все місто Буффало, штат Нью-Йорк, за допомогою єдиного індукційного генератора, розташованого під Ніагарським водоспадом.

• Виробництво змінного струму дешевше. Гідроелектричний генератор, такий як на Ніагарському водоспаді, може створювати електроенергію внаслідок природного процесу. Інший ввід не потрібен.

• Напруга змінного струму може бути змінена за допомогою трансформатора. За часів Тесли та Едісона це було неможливо з постійним струмом. Однак сьогодні доступні трансформатори, які використовують внутрішню схему або інвертори для зміни напруги постійного струму.

Незважаючи на те, що електрична енергія, яка надходить через лінії електропередач, є змінним струмом, електронне обладнання часто вимагає постійного струму. На принциповій схемі символом постійного струму є пряма лінія з трьома крапками або лініями під нею, тоді як для змінного струму - одна хвиляста лінія. Для перетворення змінного струму в постійний, спеціалісти з електроніки зазвичай використовують компонент схеми, який називається діодом або випрямлячем. Він пропускає струм лише в одному напрямку, створюючи таким чином пульсуючий сигнал постійного струму від джерела змінного струму.

Інструмент для перетворення постійного струму в змінний струм називається інвертором. Він використовує транзистори, які є компонентами ланцюга, які можуть дуже швидко вмикати і вимикати, для постійного струму вздовж серії ланцюгів шляхи, які ефективно змінюють свій напрямок через пару центральних клем, що є частиною ланцюга, до якого ви приєднуєте змінний струм навантаження. Інвертори використовуються в електромобілях. Вони також використовуються у фотоелектричних системах для перетворення електрики постійного струму, виробленої сонячними батареями, в змінний струм для використання в побуті.