Неизменный и переменный ток в чем разница

Применяемое человеком электричество имеет два рода происхождения: неизменный и переменный. Чем отличается переменный ток от неизменного, нельзя ли применять только один род? Эти и другие вопросы подвергнутся рассмотрению ниже, а начнем с понятия, что такое ток?

Как появляется переменный ток

Дабы заряды передвигались по проводнику, а это и есть сила тока, нужно иметь источник питания. Этот источник делает электродвижущую силу, заставляющую передвигаться заряды. В неизменных источниках это могут быть хим, механические и другие методы получения этой силы. Для промышленного переменного источника применяется в главном механический метод.

Дабы осознать этот метод представим для себя железную проволоку, скрученную в виде рамки. После этого внесем ее в подковообразный магнит. Под действием магнитного поля свободные электроны переместятся в один из концов рамки. Если ее развернуть на 180о, то магнитное поле переместит электроны в другой конец рамки. В тот момент, когда рамка крутилась, передвигались заряды, создавая ток.

Если рамка будет крутиться с определенной скоростью, то в ней будут передвигаться и заряженные частички. Если показать перемещение электронов по рамке графически, то получим синусоиду. Она покажет, как напряжение увеличивается при приближении рамки к магниту и убывает при удалении ее от магнита. Естественно, обыденным вольтметром навряд ли получится найти такое напряжение, но если рамка будет состоять из огромного количества витков провода, то напряжение подымется.

На электрических станциях происходит принципно то же самое. Огромные катушки крутятся снутри неизменных магнитов или магниты крутятся вокруг катушек, что на принцип деяния не оказывает никакого воздействия. Так получают переменное напряжение, которое, в отличие от неизменного, меняет свое направление либо силу.

История открытия переменного напряжения

Неизменный ток известен издавна, но суровое отношение к нему показал Георг Симон Ом – германский физик. Закон, нареченный в его честь, был открыт в 1826 году. Его начинания схватил Томас Алва Эдисон, американский бизнесмен и изобретатель.

В 1884 году к Эдисону устроился ученый, изобретатель, инженер, физик Никола Тесла. Его занимала идея выполнить электродвигатель с вращающимся магнитным полем. Сейчас таковой мотор именуется асинхронным. Работая у Эдисона, юный изобретатель усовершенствовал электродвигатели собственного работодателя, но заместо ожидаемой заслуги получил только издевку.

Уйдя от Эдисона, Тесла какое-то время был без средств, пока в конце концов не познакомился с подходящими людьми. Предстоящая жизнь прошла в воплощении некоторых собственных желаний и неизменной борьбе со сторонниками неизменного тока в лице Томаса Эдисона. Эта борьба длилась даже после погибели участников и завершилась в 2007 году полной победой переменного тока над неизменным.

Почему переменный ток применяется почаще неизменного?

Если ответить кратко на этот вопрос, то все дело в его многофункциональности. Что можно делать с переменным напряжением, вот несколько направлений:

подвергать трансформации;

поменять частоту;

получать многофазные цепи;

в некоторых областях дает наилучшие свойства.

Одно из основных преимуществ – возможность трансформации. Правда, неизменное напряжение можно также поменять при помощи делителя напряжения либо умножителя, но это будет одна электрическая цепь. Для гальванической развязки нужен трансформатор, в каком применяется две и поболее независящих цепей.

Не считая того, трансформатор намного проще умножителей напряжения и позволяет существенно наращивать напряжение. Почему так принципиально увеличивать напряженность цепи? Дело в том, что по закону Ома, чем выше напряжение, тем меньше утраты при передаче, а это дает возможность передавать электроэнергию на огромные расстояния.

Все радиоустройства для передачи сигнала без проводов применяют переменную составляющую, именуемую промежной частотой. Набор частот позволяет применять огромное количество радиоустройств, которые не мешают друг дружке. Длинноволновые сигналы в состоянии распространяться на огромные расстояния, огибая Землю. Ультракороткие частоты, напротив, распространяются по прямой, позволяя создавать радиотелескопы для исследования космоса, земных недр, океана.

При использовании синусоидального тока появляется возможность наращивать мощность передачи к электропотребителям. Достигается это повышением числа фаз. Мощность однофазового и трехфазного мотора будет существенно отличаться при одних и тех же габаритах. А передача большей мощности будет достигнута в трехфазной сети при одинаковом сечении проводов.

Дабы распрямить переменный ток, довольно применять несложное устройство, называемое выпрямитель, а вот из неизменного выполнить переменный синусоидальный при помощи радиодеталей будет несколько хлопотно. До сравнимо недавнешнего времени для освещения использовались лампы накаливания. Внедрение неизменного и переменного тока дают различные результаты цветопередачи, белоснежный свет дают лампы переменного тока. Правда, современные лампы, работающие на фотодиодах, применяют постоянную составляющую, но по мощности они еще не достигнули собственных братьев.

Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности

Когда Никола Тесла ушел от Томаса Эдисона, последний устроил информационную атаку против изобретений Николы Тесла, уверяя, что переменный ток небезопасен для жизни человека. По сути все дело в величине напряжения, которое подавалось на испытуемых животных. Тесла для опровержения такового утверждения пропускал через себя ток высочайшей частоты. И это вправду так. Чем выше частота, тем меньше заряд проходит через внутренности человека, скапливаясь на его коже.

Что касается эффективности, то разница работы ламп накаливания гласит сама за себя. Их мощность и цветовая передача была лучше у Николы, чем у Томаса. Потому у Николы возникало больше заказчиков для освещения разных объектов. Не считая того, передача сигнала по воздуху могла осуществляться только с переменной волной, что, конечно, нереально для неизменного тока. Но как распространяются радиоволны?

Через эфир

Еще в XVII веке Рене Декарт выдвинул догадку о наличии эфира. Недопонимание того, как передается свет в вакууме, подтолкнуло к такому предположению. Потому стали считать, что в любом пространстве существует некая физическая среда, владеющая способностью проводить через себя разные волны.

Но разработка теории относительности сделала этот термин ненадобным. Не считая того, сам факт того, что эфир, как он понимался ранее, не имеет смысла, привело к устранению из потребления. К примеру, теория эфира противоречила закону распространения волн в газах и жидкостях. Само осознание природы света также опровергло такую догадку.

Вибратор Герца, эфир, электромагнитная волна

Еще одним приверженцем, при этом сам того не подозревая, стал Генрих Рудольф Герц. В 28 лет, став доктором физики, он начал проводить опыты по передаче радиоволн на расстоянии. В его распоряжении были только примитивные элементы оборудования: гальванические элементы, катушки, электроды с латунными шариками и различные пластинки и сферы из цинка, выполнявшие роль конденсатора.

Подключив пластинки параллельно катушке, он получил колебательный контур, в каком длина волны изменялась за счет перемещения пластинок вдоль катушки либо конфигурации расстояния между пластинами. Этот контур подключался к источнику питания. Другая катушка размещалась в конкретной близости от первой. Таким макаром, вышел повышающий трансформатор, увеличивавший выходящее напряжение.

Концы 2-ой катушки он подсоединял к двум электродам с шариками на концах. Высочайшее напряжение, получаемое в итоге трансформации, подавалось на шарики, и между ними происходил разряд в виде огромного искрового разряда. Так был построен передатчик радиоволн.

На расстоянии нескольких метров он установил приемник в виде разомкнутого кольца либо рамки. На их концах также были закреплены шарики. Прием проверялся разрядом между шарами, что обосновывало возможность передачи сигнала на расстояние по воздуху. Свое устройство он именовал вибратор Герца. С того времени 1888 год стал считаться годом открытия электромагнитных волн.

Генрих также подразумевал существование эфира, при помощи которого осуществлялась передача, но позже Хендрик Лоренц обосновал несостоятельность таковой догадки. Все же разработки резонансного контура, подтверждения существования электромагнитных волн и другие исследования крепко основались в современной радиотехнике. Также в его честь была названа единица, измеряющая частоту.

Где применяется переменное напряжение

О наличии переменного тока молвят такие знаки ~ либо ≈, также буковкы AC. Такое обозначение можно отыскать на многих электроприёмниках, к примеру, индукционных плитах. В них применяется массивное электромагнитное поле, разогревающее дно железной посуды. Эти же волны, но более массивные, применяются в до́менных печах, которые установлены в большие катушки. Также используются катушки наименьшего размера в сталепрокатных либо прессовочных цехах. Они позволяют очень стремительно разогревать металл, при этом действуют точечно, что приносит неплохую экономию электроэнергии.

Обозначаться знаком переменности могут электрические котлы, водонагреватели, холодильники, утюги и огромное количество других бытовых устройств. Движки синхронные и асинхронные, одно-, двух- и трехфазные находятся на разных предприятиях и в домах. Но без чего нельзя представить современного человека, так это мобильный телефон и веб.

Передача инфы

Воплощение передачи инфы происходит фактически таким же образом, как это было к тому же более 100 годов назад. Правда, разработка ушла далековато, но принцип остался тот же. При помощи колебательного контура вырабатывается так именуемая несущая частота, а на нее накладывается сигнал. Дабы расшифровать приобретенный таковой сигнал, применяют декодер. Обычно применяются высочайшие частоты, которые передаются по прямой полосы.

Тот же способ связи применяется для связи с самолетами и спутниками. Спутники могут служить в качестве промежуточного звена, принимая сигнал из одной точки земного шара и передавая в другую.

Электрификация стальных дорог на переменном напряжении

Стальные дороги также не остались в стороне. Тепловозы равномерно меняют на электровозы. По методу получения питания они делятся на следующие типы:

контактные;

аккумуляторные;

контактно-аккумуляторные;

бесконтактные.

В главном для грузоперевозок и пассажиров применяют контактную сеть неизменного либо переменного тока. Если применяется переменный вид, то делают однофазовую сеть, так как трехфазную трудно создавать. Энтузиазм представляет бесконтактная передача. Вдоль путей прокладывают шину и на нее подают ток высочайшей частоты. Создаваемый магнитный поток улавливается приемником электровоза и передается на электродвигатели.

Хотя сначала и шла война между сторонниками неизменного и переменного тока, современная жизнь показала, что человеку либо, точнее, электрическому оборудованию, применяемому человеком, нужен и тот и другой род.

Чем переменный ток отличается от неизменного

Традиционным примером источника неизменного тока является батарейка (пальчиковая либо «Крона»).

Пока она ни к чему не подключена — это всего только источник неизменного напряжения. Но стоит только замкнуть контакты, как ток «потечет» по проводам к тому устройству, к которому подключили эту самую батарейку.

Другими словами, питание какого-нибудь устройства либо устройства (пульт ДУ, автоматический тонометр и др.) от батарейки и является приятным примером неизменного тока.

Читайте по теме: Сделай сам из подручных материалов

Переменный ток отличается от неизменного тем, что он повсевременно меняет направление собственного движения в электрической сети.

В свою очередь, под переменным напряжением предполагается напряжение между парой контактов, у каких повсевременно изменяется полярность.

Как генерируется переменный ток

Дабы осознать основной принцип и как это работает, давайте разглядим простейшую схему генератора переменного тока.

В генератора находится три обмотки, находящиеся на одинаковом расстоянии друг от друга вокруг ротора. В качестве ротора выступает двухполюсной магнит.

Когда один из полюсов ротора приближается к обмотке, в ней появляется электродвижущая сила. При этом интенсивность магнитного поля, которое повлияет на обмотку, возрастает (по мере приближения) и миниатюризируется (при отдалении) не рывками, а плавненько.

Соответственно, повышение электрического напряжения в обмотке происходит тоже плавненько.

Когда на обмотку начинает повлиять обратный полюс магнита, то происходит ровненьким счетом все то же самое, только в этом случае ток будет течь в обратную сторону, а само напряжение будет отрицательным.

Исходя из всего вышесказанного, можно прийти к выводу, что за один оборот ротора генератора выходит так именуемая синусоида переменного тока.

Так как в генераторе три обмотки, то генерация переменного тока в каждой из обмоток происходит не сразу, а с некоторым смещением по времени.

Любая обмотка имеет по два контакта. Но из генератора выходят только три контакта. Для этого 1-ые контакты всех 3-х обмоток соединяются вместе методом «звезда».

Рекомендуем к чтению: Что такое конденсатор и для каких целей он нужен?

В итоге выходит один общий контакт, который является нулевым проводом. Оставшиеся контакты независимы друг от друга и являются фазами. Другими словами у нас вышел традиционный вариант трехфазного генератора.

Чем ноль отличается от фазы

Наверное, многие знают, что нулевой провод не бьется током, в отличие от фазного. В чем все-таки причина?

Все просто. Дело в том, нулевой контакт заземляется на электроподстанции. Потому трогать его безопасно. А вот если вы коснетесь фазного провода, то вас совершенно точно стукнет током, так как через вас и землю цепь замкнется.

Отличие неизменного тока от переменного

Вначале люди не знали, что такое ток. Был известен статический заряд, но никто не осознавал и не понимал природы электричества. Пригодились долгие века, пока Кулон разработал свою теорию, а германский священник фон Клейн нашел, что банка способна припасать энергию. К тому времени, как Ван де Грааф сделал 1-ый генератор, хоть какой уже знал, в чем отличие неизменного тока от переменного.

История переменного и неизменного электрического тока

Давно, например, люди лицезрели, что кристалл турмалина притягивает пепел. Кстати, характеристики пьезоэлектричества в первый раз описаны конкретно на примере турмалина.

Сопоставление типов тока

В начала 19-го века было показано, что подогретый кристалл приобретает электрический заряд. За счёт деформации образовались два полюса:

Южный (аналогический).
Северный (антилогический).

Причём если температура после нагрева остаётся неизменной, электричество исчезает. Позже возникновение полюсов отмечается уже при охлаждении. Выходит, кристалл турмалина при изменении температуры производит электричество. Последующие исследования проявили, что размер потенциала находится в зависимости от:

Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
Различия температур.

Остальные причины воздействия на величину заряда не оказывают. Обозначенное явление получило название пироэлектричества. Диэлектрик турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего снутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих параметров. Пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл продолжит накапливать заряд по мере конфигурации температуры. Линию, объединяющую полюса, окрестили пироэлектрической осью.

Пьезоэлектричество открыто известной парой Кюри на базе турмалина в 1880 году. Осознавалось, что при изменении размеров кристалла начнут вырабатываться заряды, осталось только придумать методику для проведения опыта. Кюри использовал для этого статическое давление обыкновенной массы. Опыт проводится на изолирующей поверхности. Например, масса в 1 кг вызывает возникновение в кристалле турмалина электрического заряда в границах 5 сотых статических единиц.

Как возникает электрический ток

Интересно, что стройная теория по описанному явлению ещё не сотворена. Принципиально указание, что в природе находятся заряды, получаемые разными способами. Во время грозы это происходит за счёт сил трения воздушных масс, молекул воды и иных явлений. Земля заряжена негативно, ввысь повсевременно течёт ток через атмосферу. Током именуется движение носителей заряда в силу неких обстоятельств. Например, различия потенциалов – перепад в уровне носителей между 2-мя точками места.

Сравним с напором воды. Когда преграда устраняется, поток хлынет в направлении наименьшего давления. Сейчас возьмём аналогию с кристаллом турмалина. Допустим, появились на его концах заряды. Далее будет нужно вызвать движение, например, медной жилкой провода. Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей продолжится, пока потенциал не уравняется. При всем этом кристалл разряжается.

О переменности либо всепостоянстве тока нельзя сказать в процессе обозначенного ходе процесса. Переменный и неизменный ток являются физическими эталонами, а применяются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления с помощью них технологическим оборудованием.

Принцип переменного тока

Электрический ток в реальности

На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не синусоидальная. По различным причинам вид графика искажается. Это, например, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы. Форма переменного и неизменного тока искажается. Причём издавна установлено, что это вредит аппаратуре. Для борьбы с схожей порухой требовались способы, и арифметики выдумали спектральный анализ.

Колебание хоть какой формы может быть представить в виде суммы с разным удельным весом простых синусоид разной частоты. Выходит, что по цепи двигается сразу масса составляющих, в совокупы дающих ток. Причём не непременно все составляющие двигаются заодно с основной массой. Представим элементы как группу муравьёв, каждый тащит в свою сторону, а результирующий эффект принуждает груз передвигаться только в одну. Упомянем, что кроме коэффициента (амплитуды) любая составляющая обладает фазой (направлением), а называется гармоникой.

Схема неизменного тока

Каскады техники устроены так, дабы полезные частоты (в большей степени 50 Гц) проходили вовнутрь устройства, а прочее уходило на землю. Указан признак для решения затруднения, упомянутого сначала. Хоть какое колебание представляется в виде набора нужных и вредных сигналов, исходя из этого, аппаратуру полагается конструировать соответствующим образом. Например, на описанном принципе работают все приёмники: избирательно пропускают ток подходящей частоты. Так удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с наименьшими искажениями на огромные расстояния.

Примеры применения переменного и неизменного тока

Примерно неизменным считается ток разряда авто аккума. Напряжение тут равномерно падает, а поэтому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавненько. Ток течёт в одном направлении и проявляет примерно постоянную плотность. Аналогично работают:

Аккумулятор мобильника.
Батарейка любого типа.
Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников неизменного тока (генераторов), кроме матушки-Земли, нет. Человеку еще удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с определенной частотой, делают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Позже промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Источником неизменного тока допустимо считать адаптеры. Это устройства, выполняющие преобразование переменного тока в неизменный. Допустим, у сотовых телефонов это +5 В, а для мобильных раций характерен большой разброс. Устройство неизменного тока может работать только от номинала, для которого сконструировано. В неприятном случае или работоспособность нарушается, или – при огромных отклонениях – вероятен полный выход из строя.

Это касается и переменного, и неизменного тока. Сейчас пришла пора сказать, что в индустрии преобразование неизменного тока в переменный и назад не практикуется. Из суждений экономии движки работают от трёх фаз. Любая считается переменным током частоты 50 Гц. Гласили выше, что у хоть какой гармоники находится фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг появляется за счёт 360 градусов. Выходит, что три фазы равно отстоят друг от друга. При схожем раскладе генераторам ГЭС легче создавать энергию, поступающую в дома в постоянном виде. Но в квартиру входит единственная фаза переменного тока.

Потому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Необходимыми признаются характеристики переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К характеристикам переменного тока относят:

Действующее значение напряжения – вызывающее в обыкновенном проводнике неизменное схожего номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из 2-ух раз или близко к обозначенному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
К частоте переменного тока предъявляются завышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми толиками процента. Поэтому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
Нелинейные преломления числятся отдельной темой. Требований огромное количество, обусловиться тяжело. В особенности строго нормируются гармоники основной частоты, например: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к характеристикам неизменного тока. Допустим, известные авто батареи в реальности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккуме записанно напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем пристально читать аннотации. Дополним: в отдельных ноутбуках находится заряд бережного расхода энергии аккума. В данном случае уровень поддерживается в пределах 2-ух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит подольше.

Итак, требования ориентированы на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Характеристики неизменного и переменного тока числятся фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.