Dalam dunia moden, setiap orang telah terdedah kepada elektrik sejak kecil. Penyebutan pertama fenomena semula jadi ini bermula pada zaman ahli falsafah Aristotle dan Thales, yang tertarik dengan sifat arus elektrik yang menakjubkan dan misteri. Tetapi hanya pada abad ke-17 bahawa minda saintifik yang hebat memulakan satu siri penemuan mengenai tenaga elektrik yang berterusan hingga ke hari ini.
Penemuan arus elektrik dan penciptaan oleh Michael Faraday pada tahun 1831 penjana pertama di dunia secara radikal mengubah kehidupan manusia. Kita sudah biasa dengan hakikat bahawa kehidupan kita dipermudahkan oleh peranti yang menggunakan tenaga elektrik, tetapi sehingga kini kebanyakan orang tidak mempunyai pemahaman tentang fenomena penting ini. Sebagai permulaan, untuk memahami prinsip asas elektrik, adalah perlu untuk mengkaji dua definisi asas: arus elektrik dan voltan.
Kandungan
Apakah itu arus elektrik dan voltan
Elektrik ialah gerakan tertib zarah bercas (pembawa cas elektrik). Pembawa arus elektrik ialah elektron (dalam logam dan gas), kation dan anion (dalam elektrolit), lubang pada kekonduksian lubang elektron. Fenomena ini ditunjukkan oleh penciptaan medan magnet, perubahan dalam komposisi kimia atau pemanasan konduktor. Ciri-ciri utama arus ialah:
- kekuatan semasa, ditentukan oleh hukum Ohm dan diukur dalam Amperes (TAPI), dalam formula dilambangkan dengan huruf I;
- kuasa, mengikut undang-undang Joule-Lenz, diukur dalam watt (Tue), dilambangkan dengan huruf P;
- kekerapan, diukur dalam hertz (Hz).
Arus elektrik, sebagai pembawa tenaga, digunakan untuk mendapatkan tenaga mekanikal menggunakan motor elektrik, untuk mendapatkan tenaga haba dalam peralatan pemanasan, kimpalan elektrik dan pemanas, untuk merangsang gelombang elektromagnet pelbagai frekuensi, untuk mencipta medan magnet dalam elektromagnet dan untuk mendapatkan cahaya. tenaga dalam lekapan lampu dan pelbagai jenis lampu. .
voltan ialah kerja yang dilakukan oleh medan elektrik untuk menggerakkan cas 1 loket (Cl) dari satu titik konduktor ke titik lain. Berdasarkan definisi ini, masih sukar untuk memahami apa itu tekanan.
Agar zarah bercas bergerak dari satu kutub ke kutub yang lain, adalah perlu untuk mencipta beza potensi antara kutub ini (Itulah yang dinamakan ketegangan.). Unit voltan ialah volt (AT).
Untuk akhirnya memahami definisi arus dan voltan elektrik, analogi yang menarik boleh diberikan: bayangkan bahawa cas elektrik adalah air, maka tekanan air dalam lajur adalah voltan, dan kelajuan aliran air dalam paip. ialah kekuatan arus elektrik. Semakin tinggi voltan, semakin besar arus elektrik.
Apakah itu arus ulang alik
Jika anda menukar kekutuban potensi, maka arah aliran arus elektrik berubah. Arus inilah yang dipanggil pembolehubah. Bilangan perubahan arah dalam tempoh masa tertentu dipanggil kekerapan dan diukur, seperti yang dinyatakan di atas, dalam hertz (Hz). Sebagai contoh, dalam rangkaian elektrik standard di negara kita, frekuensinya ialah 50 Hz, iaitu arah pergerakan arus berubah 50 kali sesaat.
Apakah itu arus terus
Apabila pergerakan tertib zarah bercas sentiasa mempunyai satu arah sahaja, maka arus sedemikian dipanggil pemalar. Arus terus berlaku dalam rangkaian voltan malar apabila kekutuban cas pada satu sisi dan satu lagi malar dari semasa ke semasa. Ia sangat kerap digunakan dalam pelbagai peranti dan teknologi elektronik, apabila penghantaran tenaga pada jarak jauh tidak diperlukan.
Sumber arus elektrik
Sumber arus elektrik biasanya dipanggil peranti atau peranti yang dengannya arus elektrik boleh dicipta dalam litar. Peranti sedemikian boleh mencipta kedua-dua arus ulang alik dan arus terus. Mengikut kaedah mencipta arus elektrik, ia dibahagikan kepada mekanikal, cahaya, haba dan kimia.
mekanikal Sumber arus elektrik menukarkan tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik.Peralatan ini adalah pelbagai jenis. penjana, yang, disebabkan oleh putaran elektromagnet di sekeliling gegelung motor tak segerak, menghasilkan arus elektrik berselang-seli.
ringan sumber menukar tenaga foton (tenaga cahaya) menjadi tenaga elektrik. Mereka menggunakan sifat semikonduktor untuk menghasilkan voltan apabila terdedah kepada fluks cahaya. Panel solar adalah salah satu peranti sedemikian.
terma - menukar tenaga haba kepada elektrik kerana perbezaan suhu antara dua pasang semikonduktor bersentuhan - termokopel. Magnitud arus dalam peranti sedemikian secara langsung berkaitan dengan perbezaan suhu: semakin besar perbezaannya, semakin besar kekuatan arus. Sumber sedemikian digunakan, sebagai contoh, dalam loji kuasa geoterma.
bahan kimia punca arus menghasilkan elektrik hasil daripada tindak balas kimia. Sebagai contoh, peranti sedemikian termasuk pelbagai jenis bateri galvanik dan penumpuk. Sumber semasa berdasarkan sel galvanik biasanya digunakan dalam peranti yang berdiri sendiri, kereta, teknologi dan merupakan sumber arus terus.
Penukaran AC ke DC
Peranti elektrik di dunia menggunakan arus terus dan ulang alik. Oleh itu, terdapat keperluan untuk menukar satu arus kepada yang lain atau sebaliknya.
Dari arus ulang alik, arus terus boleh diperoleh menggunakan jambatan diod atau, seperti yang dipanggil, "penerus". Teras penerus ialah diod semikonduktor yang mengalirkan elektrik dalam satu arah sahaja. Selepas diod ini, arus tidak mengubah arahnya, tetapi riak muncul, yang dihapuskan dengan bantuan kapasitor dan penapis lain. Penerus tersedia dalam versi mekanikal, elektrovakum atau semikonduktor.
Bergantung pada kualiti pembuatan peranti sedemikian, riak semasa pada output akan mempunyai nilai yang berbeza, sebagai peraturan, semakin mahal dan lebih baik peranti itu dibuat, semakin sedikit riak dan semakin bersih arus. Contoh peranti tersebut ialah Bekalan kuasa pelbagai peranti dan pengecas, penerus loji kuasa elektrik dalam pelbagai mod pengangkutan, mesin kimpalan DC dan lain-lain.
Inverter digunakan untuk menukar arus terus kepada arus ulang alik. Peranti sedemikian menghasilkan voltan berselang-seli dengan sinusoid. Terdapat beberapa jenis peranti sedemikian: penyongsang dengan motor elektrik, geganti dan elektronik. Kesemuanya berbeza antara satu sama lain dalam kualiti arus ulang alik keluaran, kos dan saiz. Contoh peranti sedemikian ialah bekalan kuasa tidak terganggu, penyongsang dalam kereta atau, sebagai contoh, dalam loji kuasa solar.
Di manakah ia digunakan dan apakah kelebihan arus ulang alik dan terus
Pelbagai tugas mungkin memerlukan penggunaan AC dan DC. Setiap jenis arus mempunyai kelebihan dan kekurangan yang tersendiri.
Arus ulang alik paling kerap digunakan apabila terdapat keperluan untuk menghantar arus pada jarak yang jauh. Adalah lebih sesuai untuk menghantar arus sedemikian dari sudut pandangan kemungkinan kerugian dan kos peralatan. Itulah sebabnya kebanyakan peralatan dan mekanisme elektrik hanya menggunakan arus jenis ini.
Rumah kediaman dan perusahaan, infrastruktur dan kemudahan pengangkutan terletak pada jarak yang jauh dari loji kuasa, jadi semua rangkaian elektrik adalah AC. Rangkaian sedemikian memberi makan semua perkakas rumah, peralatan perindustrian, lokomotif kereta api. Terdapat sejumlah besar peranti yang beroperasi pada arus ulang alik dan lebih mudah untuk menerangkan peranti yang menggunakan arus terus.
D.C digunakan dalam sistem autonomi, seperti sistem on-board kereta, pesawat, kapal atau kereta api elektrik. Ia digunakan secara meluas dalam bekalan kuasa litar mikro pelbagai elektronik, dalam komunikasi dan peralatan lain, di mana ia diperlukan untuk meminimumkan jumlah gangguan dan riak atau menghapuskannya sepenuhnya. Dalam sesetengah kes, arus sedemikian digunakan dalam kimpalan elektrik dengan bantuan penyongsang. Terdapat juga lokomotif kereta api yang berjalan pada sistem DC. Dalam bidang perubatan, arus sedemikian digunakan untuk memasukkan dadah ke dalam badan menggunakan elektroforesis, dan untuk tujuan saintifik untuk memisahkan pelbagai bahan (elektroforesis protein, dsb.).
Penamaan pada peralatan elektrik dan gambar rajah
Selalunya terdapat keperluan untuk menentukan pada arus peranti beroperasi. Lagipun, menyambungkan peranti yang beroperasi pada arus terus ke rangkaian elektrik arus ulang-alik pasti akan membawa kepada akibat yang tidak menyenangkan: kerosakan pada peranti, kebakaran, kejutan elektrik. Untuk ini, ada yang diterima umum konvensyen untuk sistem sedemikian dan juga pengekodan warna wayar.
Secara konvensional, pada peralatan elektrik yang beroperasi pada arus terus, satu talian, dua garisan pepejal atau garisan pepejal bersama-sama dengan garisan putus-putus, terletak satu di bawah yang lain, ditunjukkan. Juga, arus sedemikian ditandakan dengan sebutan dalam huruf Latin DC. Penebat elektrik wayar dalam sistem DC untuk wayar positif berwarna merah, wayar negatif biru atau hitam.
Pada radas dan mesin elektrik, arus ulang alik ditunjukkan oleh singkatan bahasa Inggeris AC atau garisan beralun. Pada rajah dan dalam perihalan peranti, ia juga ditunjukkan oleh dua baris: pepejal dan bergelombang, terletak satu di bawah yang lain. Konduktor dalam kebanyakan kes ditetapkan seperti berikut: fasa adalah coklat atau hitam, sifar adalah biru, dan tanah adalah kuning-hijau.
Mengapa arus ulang alik lebih kerap digunakan
Di atas, kita telah bercakap tentang mengapa arus ulang alik kini digunakan lebih kerap daripada arus terus. Namun, mari kita lihat isu ini dengan lebih terperinci.
Perdebatan tentang arus mana yang lebih baik telah berlaku sejak penemuan dalam bidang elektrik. Malah terdapat perkara seperti "perang arus" - konfrontasi antara Thomas Edison dan Nikola Tesla untuk penggunaan salah satu jenis arus. Perjuangan antara pengikut saintis hebat ini berlarutan sehingga 2007, apabila bandar New York ditukar kepada arus ulang alik daripada arus terus.
Sebab terbesar mengapa AC digunakan lebih kerap adalah kerana keupayaan untuk menghantarnya pada jarak jauh dengan kerugian yang minimum. Semakin jauh jarak antara sumber semasa dan pengguna akhir, semakin besar rintangannya wayar dan kehilangan haba untuk pemanasan mereka.
Untuk mendapatkan kuasa maksimum, adalah perlu untuk meningkatkan sama ada ketebalan wayar (dan dengan itu mengurangkan rintangan), atau meningkatkan voltan.
Dalam sistem AC, anda boleh meningkatkan voltan dengan ketebalan minimum wayar, dengan itu mengurangkan kos talian elektrik. Untuk sistem dengan arus terus, tidak ada cara yang berpatutan dan berkesan untuk meningkatkan voltan, dan oleh itu untuk rangkaian sedemikian adalah perlu sama ada untuk meningkatkan ketebalan konduktor, atau untuk membina sejumlah besar loji kuasa kecil. Kedua-dua kaedah ini mahal dan meningkatkan kos elektrik dengan ketara berbanding rangkaian AC.
Dengan bantuan transformer elektrik, voltan arus ulang alik adalah berkesan (dengan kecekapan sehingga 99%) boleh ditukar ke mana-mana arah daripada nilai minimum kepada maksimum, yang juga merupakan salah satu kelebihan penting rangkaian AC. Penggunaan sistem AC tiga fasa meningkatkan lagi kecekapan, dan mesin seperti motor yang menggunakan kuasa AC jauh lebih kecil, lebih murah dan lebih mudah diselenggara berbanding motor DC.
Berdasarkan perkara di atas, kita boleh membuat kesimpulan bahawa penggunaan arus ulang alik adalah bermanfaat dalam rangkaian besar dan apabila menghantar tenaga elektrik pada jarak jauh, dan untuk operasi peranti elektronik yang tepat dan cekap dan untuk peranti autonomi, adalah dinasihatkan untuk menggunakan arus terus.
Artikel yang serupa:
