Как правильно переменный ток или переменное напряжение

Как правильно переменный ток или переменное напряжение

Говоря о постоянном токе (см. раздел «Про ток»), мы выяснили, что он протекает в одном направлении — от плюса источника к минусу(так было принято,хотя на самом деле наоборот). Однако в большинстве случаев приходится иметь дело с током переменным. При переменном токе электроны движутся не в одном направлении, а попеременно то в одном, то в другом, меняя свое направление. Поэтому, когда осветительная лампа включена, электроны в ее накаленной нити(да и в проводах тоже)движутся то в одну, то в другую сторону. Это движение условно показано на рис.1 и рис.2. Попробуйте пробежаться то в одну, то в другую сторону. Нетрудно догадаться, что при таком движении, прежде чем изменить направление движения, нужно сначала его замедлить, потом застыть на месте, а уж потом ринуться в другую сторону. Какая взаимосвязь с током? Перед тем как изменить движение, электроны должны притормозить(всё это мы рассматриваем в замедленном времени). Значит ток уменьшится, а лампа должна уменьшить яркость. А уж когда они остановятся перед изменением движения — и вовсе должна погаснуть. Но мы этого не видим. Почему? Потому что накаленная нить имеет тепловую инертность и за долю секунды не может остыть. Поэтому мигания мы не видим. Однако, каждый из нас слышал жужжание работающего трансформатора, что и связано с попеременным направлением движения тока.

А теперь стоит задуматься. Означает ли это, что за долю секунды электроны от электростанции доходят до дома, а за следующую долю секунды — обратно? Ранее, в разделе «Про ток» мы выяснили,что электрическое поле в проводниках распространяется со скоростью 300000км/с., а сами электроны движутся в проводниках со скоростью примерно 0,1мм/с. Но за 1/100 часть секунды (именно столько длится один полупериод, в течение которого электроны движутся в одну сторону) электроны только успевают переместиться в одном направлении, как электрическое поле начнет действовать в противоположном направлении. Вот почему электроны отклоняются то в одну, то в другую сторону и не покидают, так сказать, предела наших жилищ. То есть, у вас в доме(квартире) есть свои «домашние» электроны. Если мы могли бы замедлить время и включили бы в розетку вольтметр параллельно нагрузке, т.е. лампе (рис.3) или амперметр последовательно через нагрузку (рис.4), то увидели бы как стрелка прибора плавно изменяет свое показание от нуля до максимального значения при замере напряжения (рис.3) или тока (рис.4). На рисунке рядом это продемонстрировано. В действительности мы, конечно, этого не увидим. Причина в инертности стрелки, из-за которой она не может произвести сотню за секунду. Кстати, к рис.3 и рис.4 приведен пояснительный рис.5, где уж точно без особых усилий можно увидеть, как подключаются вольтметр и амперметр при измерении напряжения и тока в электрической цепи. Где вольтметр, а где амперметр, я думаю, можно без труда догадаться . На схемах они обозначаются как V и А соответственно.

Наш прибор показывает так называемое действующее значение напряжения ( или тока). Для простоты понимания можете считать его усредненным. А как же в действительности будет изменяться напряжение в сети? В действительности напряжение будет меняться от нуля до своего максимального значения величиной 310В. В какой-то выбранный момент времени напряжение будет иметь свое значение. Поэтому, например, если (вероятность этого, конечно, мала)вы включите свет в момент напряжения в сети 310В, будьте уверены — вам придется лампочку поменять. А в телевизоре, например, может перегореть предохранитель. Хотя к современным ТВ это мало относится.

Те, кто хочет узнать кое-что поподробнее, могут почитать дальше.

Итак, первое, что необходимо знать — это то, что изменения тока и напряжения в электрической цепи происходят по так называемому синусоидальному закону. Второе — любое синусоидальное колебание (ток или напряжение) характеризуются следующими важными величинами:
Период Т — время совершения одного полного колебания. Половина этого времени называется полупериодом . Очевидно, что в один полупериод ток течет(ну или как мы оговаривали — электроны движутся) в одном направлении, которое условно можем принять за положительное, а в другой полупериод он течет в другом направлении, которое можем принять за отрицательное. На графиках положительный полупериод будет представлен верхней полуволной над осью Х, а отрицательный — нижней. Говоря про нашу сеть, можно указать, что период переменного тока Т = 1/50сек — 0,02сек.

Частота f — это число колебаний в секунду. Теперь давайте подсчитаем. Если одно колебание у нас происходит за время периода Т, которое равно 0,02сек, то тогда за одну секунду у нас произойдет 50колебаний(1/0,02=50). А одно колебание представляет собой движение электронов сначала в одну сторону, потом в другую(два полупериода). Т.е. за 1сек электроны будут двигаться поочередно то в одну то в другую сторону 50раз. Вот вам и наша частота тока в сети, которая равна 50Гц(Герц).

Амплитуда — наибольшая величина тока(Imах) или напряжения(Umах=310В) за время периода Т. Очевидно, что за один период синусоидальный ток и напряжение достигают два раза своей максимальной величины.

Мгновенное значение — мы уже знаем, что переменный ток непрерывно изменяет свое направление и величину. Величина напряжения в данный момент называется мгновенным значением напряжения. Это же относится и к величине тока.

В качестве иллюстрации на рис.6 указаны несколько мгновенных значений(200В, 300В, 310В, — 150В, — 310В, — 100В) величины напряжения в электрической цепи в течение одного периода. Видно, что в начальный момент напряжение равно равно нулю, после чего постепенно нарастает до 100В, 200В и т.д. Достигнув максимального значения 310В, напряжение начинает постепенно уменьшаться до нуля, после чего изменяет свое направление и снова возрастает, достигая величины минус 310В(- 310В) и т.д. Если кто-то с трудом может себе представить, что такое смена направления, может представить себе, что плюс и минус в розетке меняются местами — т.е. если мы условно примем ноль(землю) за минус, а фазу за плюс. И происходит это 50раз в секунду. Ну, вот где-то примерно так.
Действующее значение. Итак, зададимся вопросом — а какому постоянному напряжению равно по своему действию наше переменное напряжение в сети, показанное на рис.6? Теория и практика показывают , что оно равняется постоянному напряжению величиной 220В — рис.7. Взять это на веру не так уж и сложно, поскольку несложно увидеть, что рассматриваемое в течение одного периода напряжение имеет значение 310В только в два момента, а в остальное время оно меньше. Так как наше синусоидальное напряжение изменяется непрерывно, то целесообразно было ввести такое понятие как — действующее напряжение. Ведь именно по какому-либо конкретному значению напряжения(или тока), а не его меняющемуся значению мы можем «прикинуть» его силу. Так вот, под действующим значением переменного тока(ну или напряжения)мы понимаем такой постоянный ток, который за то же самое время совершает ту же работу(или выделяет такое же количество тепла), что и данный переменный ток.

читать далее.

Поэтому, наша обыкновенная лампочка(или, например, обогревательный прибор)будет одинаково работать как при переменном напряжении, изменяющегося от нуля до 310В, так и при постоянном напряжении 220В. А 12-вольтовая лампочка будет одинаково светить как от источника переменного напряжения величиной 12В(изменяющегося от нуля до 16,8В), так и от любой батарейки или аккумулятора(а они являются, как известно, источниками постоянного напряжения). Итак, запомните.

1)электрический ток(напряжение), который периодически изменяет свое направление и величину, называется переменным током. Любой переменный ток характеризуется в основном своей частотой, амплитудой и действующим значением;

2)приборы, предназначенные для измерения переменного тока, показывают его действующее значение;

3)напряжение измеряют вольтметром(или комбинированным прибором — авометром), ток — амперметром(или комбинированным прибором — авометром). Также ток можно измерять так называемыми токовыми клещами. Служат они для бесконтактного измерения тока — рабочая часть прибора образует кольцо вокруг измеряемого провода и по величине электромагнитного поля, действующего на рабочую часть прибора, выводится информация на его небольшой дисплей о величине протекающего тока. Авометр — это комбинированный прибор(его в простонародье еще называют просто тестером), который полностью в своем техпаспорте называется ампервольтомметром и служит для измерения и тока, и напряжения, и сопротивлений. А цифровые модели могут измерять и частоту напряжения(тока), и емкости конденсаторов и другие вещи — это уж как задумает разработчик;

4)зная значение(действующее) переменного напряжения, всегда можно узнать его максимальное значение(не забудьте — оно меняется по синусоидальному закону). А связь здесь такая —

U max = 1,4 U , где U — действующее значение, а U max — максимальное значение(амплитуда). На этом пока всё!

Постоянный и переменный ток

Что такое переменный ток и постоянный? Все неоднократно слышали об этих понятиях, да и в обиход они вошли настолько широко и плотно, как само собой разумеющееся.

В данной статье поговорим о природе этих физических явлений и о том, какое применение они находят в реальной жизни.

Переменный ток – что это такое?

Переменный ток – упорядоченное движение заряженных частиц или, иначе говоря, электрический ток, который с течением времени меняет свое направление и величину по определенному закону с заданной частотой.

Переменный ток широко применяется в быту и в промышленности. Производится он традиционно на различного рода электростанциях — ТЭЦ, ТЭС, ГЭС, АЭС и др. И всех их объединяет одно, независимо от используемого источника энергии (энергии воды, сжигаемого топлива, ядерной энергии и т.д.) – наличие генераторов переменного тока, преобразующих механическую энергию вращения в электрическую.

Чем отличается переменный ток от постоянного?

Отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что последний всегда неизменен по величине и направлению движения.

Однако, отделить постоянный ток и переменный друг от друга в наше время невозможно, так как чаще всего используется их сочетание, когда они преобразуются друг в друга по необходимости. Так, переменный ток сети преобразуется в блоках питания сложной электроники в постоянный. Переменный ток, вырабатываемый генератором автомобиля, «выпрямляется» диодным мостом и далее заряжает АКБ, питая бортовые устройства. Или постоянный ток, вырабатываемый, например, солнечной электростанцией, посредством инвертора преобразуется в переменный и подается в сеть.

Это явление нашло массовое применение во всем мире по одной простой причине — как наиболее экономически целесообразный способ производства и передачи электроэнергии до потребителя. Ведь, например, построить отдельную станцию для каждого потребителя невозможно и дорого. А передать электроэнергию оттуда, где ее можно произвести в силу подходящего географического расположения, близости к природным ресурсам — вполне даже реально. К тому же, само оборудование для генерации и преобразования переменного тока гораздо проще конструктивно, надежнее и, соответственно, дешевле, чем оборудование постоянного тока.

При этом трехфазная схема электрического тока, наиболее сбалансированная из возможных, позволяет создавать вращающееся магнитное поле, так необходимое для работы применяемых повсюду электрических двигателей. А почему именно 3 фазы? Две обмотки не обеспечат непрерывное равномерное взаимодействие магнитных полей, а четыре и более избыточны, так как приведут к удорожанию электрических сетей. И самое основное преимущество системы – возможность легко и просто изменять величину генерируемого напряжения с помощью повышающих и понижающих трансформаторов. А чем выше напряжение, тем дальше можно передать электроэнергию и тем меньше тепловые потери энергии при передаче. А уже ближе к потребителю напряжение снижается до необходимого нормируемого уровня при помощи понижающих трансформаторов, и подводится посредством ВЛЭП или КЛ к электроустановкам потребителя.

Постоянный ток также нашел обширное применение во всех областях деятельности человека, в первую очередь благодаря аккумуляторам, в которых посредством химической реакции возникает так называемый гальванический ток. Все без исключения современные автономные портативные устройства питаются от АКБ.

Если говорить об автономности, то безоговорочно область применения постоянного тока распространяется на бортовые системы любых автомобилей, летательных аппаратов, электропоездов. В последнее время с развитием высокопроизводительных источников питания свою нишу занял и колесный транспорт на электротяге – электромобили, скутеры, электробусы, электробайки. Плюс в том, что двигатели постоянного тока позволяют плавно развивать скорость и высокий крутящий момент во всех диапазонах оборотов.

Кроме того, постоянный ток безальтернативно используется в микроэлектронике, в средствах связи и прочей технике, то есть там, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций и даже вовсе их исключить.

Чтобы узнать больше, смотрите наше видео, в котором мы подробно рассказываем о явлении переменного и постоянного тока.

Электрические величины. Напряжение, ток, мощность. Переменный и постоянный ток, полярность.

Электричество – это движение электронов по проводам. Ток – это скорость движения электронов, измеряемая в Амперах, напряжение – сила заставляющая их двигаться, измеряемая в Вольтах. Для того, чтобы ток протекал в цепи, она должна быть замкнута и в ней должен присутствовать источник электрического напряжения. Вот почему любое устройство подключается к сети как минимум двумя проводами, а каждая батарейка имеет как минимум два контакта. Любой проводник, либо электроприбор, включенный в сеть, создает в цепи сопротивление движению электронов, измеряемое в Омах. Чем меньше напряжение и больше сопротивление, тем меньше будет ток. Это и есть главный закон электричества – закон Ома. Записывается он следующим образом:

Рисунок 1 — Закон Ома.

Наглядно можно представить себе закон Ома в виде трех граждан с характером:

Рисунок 2 — Закон Ома (наглядное представление).

Постоянное и переменное. Полярность

Ток и напряжение бывают как постоянными, так и переменными.
Постоянное напряжение всегда направлено в одну сторону, соответственно и ток будет всегда направлен туда же. Для постоянного тока характерна полярность, обозначаемая значками «+» и «-». Полярность обозначает направление протекания тока, и для многих устройств, включая светодиоды, это направление очень важно не перепутать.Постоянное напряжениеочень удобно в плане хранения, поэтому трудится оно в автомобилях и во всех портативных устройствах на батарейках и аккумуляторах. А вот передача на большие расстояние постоянного напряжения невозможна из-за слишком больших потерь.

Рисунок 3 — Постоянный ток.

И вот в этом, нам на помощь приходит переменное напряжение. Оно названо так, потому что меняет свое направление много раз в секунду (50 раз в обычной российской розетке), соответственно и ток тоже будет протекать то в одну, то в другую сторону. У такого тока нет полярности, а провода обозначаются как «L» и «N». Переменное напряжение удобно для его выработки при помощи различных генераторов, передачи на любые расстояния, повышения или понижения при помощи обычных трансформаторов. Его можно встретить в любом доме, магазине и офисе, в каждой розетке, в линиях электропередач.

Рисунок 4 — Переменный ток.

Мощность

Каждый электрический прибор имеет мощность, которая измеряется в Ваттах (Вт). Чем больше ток и напряжение, тем больше мощность. Рассчитать ее можно по формуле:

Рисунок 5 — Формула мощности.

Как видим из формулы, это произведение напряжения и тока, а значит при одинаковой мощности, лампочка на 100Вт в автомобиле при 12В питания, будет потреблять гораздо больший ток, чем 10Вт лампочка на 220В в домашней люстре.
Соединяя формулу мощности и закон Ома, мы получим еще две удобные формулы для вычисления мощности при известном сопротивлении нагрузки:

Рисунок 6 — Формула вычисления мощности.Рисунок 7 — Формула вычисления мощности.

Тэги:

Вопросы для самопроверки:

• Почему постоянный ток не используется в городских электросетях?
• Что обозначают метки + и – у батарейки?
• У вас есть блок питания 12В 200Вт. Какой ток он способен отдавать в цепь? А блок на 24В 200Вт?
• У вас есть батарейка на 3В, и вы подключили к ней резистор с сопротивлением 10 Ом. Какой ток потечет через резистор? Какая мощность будет на нем выделяться?

Переменный и постоянный ток – в чем отличие?

Электроток – упорядоченное движение позитивно заряженных частичек, в качестве которых, в зависимости от среды, могут выступать электроны, ионы, катионы и анионы, обладающие определенным статичным зарядом.

Постоянный ток всегда «протекает» в одностороннем направлении: в стальных проводах от «плюса» к «минусу». Что касается переменного тока, то судя из названия, понятно, что он подвергается изменениям. Каким образом происходят изменения?

В домашних розетках «находится» ток, подвергающийся синусоидальным колебаниям при значении частоты 50 Гц. Если обратить внимание на электрическую цепь обычной лампы накаливания, то здесь получаем:

• электроны в поле постоянного тока всегда передвигаются от «-» к «+»;
• в случае переменного, движение определяется частотой генератора – то есть, при частоте тока 50 Гц курс потока электронов изменится 100 раз за 1 секунду. То есть, по сути, в розетке плюс и минус поменяются местами 100 раз. Поэтому, независимо от того, какой стороной вставляется вилка в розетку, техника или бытовой прибор будет нормально работать.

Физический смысл переменного тока выражается по синусоидальному закону: от «0» до максимального положительного значения, далее до «0» и отрицательного максимума амплитуды. При переменном токе также изменяется его заряд и полярность в диапазоне 100-0-100%. Кроме этого ток переменный легче преобразить.

Источники тока

Первым человечество узнало об электросетях постоянного тока, но из-за конструктивной сложности генератора, с ними возникали постоянные проблемы и частые поломки. Конструкция же генератора переменного тока намного проще, что сказывается на удобстве в эксплуатации.

Для того чтобы добиться одинаковых параметров мощности, нужно повышенное напряжение и малый ток или наоборот. Чем больше сила тока, тем потребуется большее сечение провода – а это затратно. К примеру, по проводам малого сечения можно передавать до 1,5 млн Вольт электроэнергии при величине силы тока в 100А и минимальных потерях. Далее, подстанция «заберет» до 500 тысяч Вольт при силе тока 10А и «отдаст» в сеть 10 тысяч Вольт при 500А. Потом, районные электрические трансформаторные станции преобразуют напряжение на 220В или 380В для потребительских целей при величине силы тока 10 тысяч Ампер.

Похожий принцип действия, но в противоположную сторону имеет стационарный компьютер. ПК сначала преобразует переменный в постоянный ток, а далее посредством БП (блок питания) снижает параметр напряжения до требуемой для правильной работы всех узлов ПК величины.

Для справки. А знаете ли Вы, что в конце 19 столетия, процесс электроснабжения населенных пунктов мог пойти по другому пути. Изобретатель Томас Эдисон продвигал в массу значимость постоянного тока. И если бы не эксперименты выдающего ученого Никола Тесла, обосновавшего эффективность переменного тока, то все в мире могло пойти по абсолютно другому пути. Сербский ученый Тесла первым разработал многофазный генератор, выдающий переменный ток, что позволило доказать превосходство переменного тока над источниками постоянного электричества.

Устройства постоянного напряжения:

• различные виды батареек;
• аккумуляторы разных типов;
• генераторы;
• преобразователи и выпрямители;
• приборы для аварийного освещения.

К переменным относятся:

• генераторы;
• повышающие и понижающие трансформаторы;
• стационарные электро розетки.

Огромный выбор оборудования и комплектующих для монтажа электрических сетей переменного и постоянного типа представлен в интернет-магазине «Пауэрлюкс». Наши специалисты подберут электротехническую продукцию под ваши конкретные задачи уже сейчас. Звоните!

• Бесплатная доставка по Украине от 3000 грн.

при условии 100% оплаты