Care este diferența dintre curentul continuu și curentul alternativ și unde sunt utilizate?

În lumea de astăzi, toată lumea s-a confruntat cu electricitatea încă din copilărie. Primele mențiuni despre acest fenomen natural datează de la filozofii Aristotel și Thales, care erau intrigați de proprietățile uimitoare și misterioase ale curentului electric. Dar abia în secolul al XVII-lea, marile minți științifice au început o succesiune de descoperiri privind energia electrică, care continuă până în zilele noastre.

Descoperirea curentului electric și crearea de către Michael Faraday a primului generator din lume, în 1831, au schimbat radical viața oamenilor. Suntem obișnuiți cu aparatele care folosesc energia electrică pentru a ne face viața mai ușoară, dar până acum majoritatea oamenilor nu au înțeles acest fenomen important. Pentru început, pentru a înțelege principiile de bază ale electricității, trebuie să studiem două definiții de bază: curentul electric și tensiunea.

Ce este curentul alternativ și tensiunea

 

Curent electric - este mișcarea ordonată a particulelor încărcate (purtători de sarcină electrică). Purtătorii curentului electric sunt electronii (în metale și gaze), cationi și anioni (în electroliți), găuri în conducția electron-găură. Acest fenomen se manifestă prin crearea unui câmp magnetic, prin modificarea compoziției chimice sau prin încălzirea conductorilor. Principalele caracteristici ale curentului sunt:

• Amperajul, determinat prin legea lui Ohm și măsurat în Amperi (А), în formule se indică prin litera I;
• puterea, conform legii Joule-Lenz, măsurată în wați (W), se notează cu P;
• frecvența, măsurată în hertzi (Hz).

Curentul electric este utilizat ca purtător de energie pentru producerea de energie mecanică cu ajutorul motoarelor electrice, pentru producerea de energie termică în aparatele de încălzire, în aparatele de sudură electrică și în încălzitoare, pentru generarea de unde electromagnetice de diferite frecvențe, pentru crearea de câmpuri magnetice în electromagneți și pentru producerea de energie luminoasă în aparatele de iluminat și în lămpile de toate tipurile.

Tensiune - este lucrul efectuat de un câmp electric pentru a deplasa o sarcină de 1 coulomb (Coulomb) de la un punct la altul al unui conductor. Cu toate acestea, din această definiție, este dificil de înțeles ce este tensiunea.

Pentru ca o particulă încărcată să se deplaseze de la un pol la altul, trebuie să se creeze o diferență de potențial între acești poli (aceasta este ceea ce se numește tensiune). Unitatea de măsură a tensiunii este volt (В).

Pentru o înțelegere definitivă a definiției curentului electric și a tensiunii electrice, se poate face o analogie interesantă: imaginați-vă că sarcina electrică este apa, atunci presiunea apei în coloană este tensiunea, iar viteza de curgere a apei în conductă este intensitatea curentului electric. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât intensitatea curentului electric este mai mare.

Ce este curentul alternativ

Dacă schimbați polaritatea potențialelor, se schimbă direcția de curgere a curentului electric. Acesta este tipul de curent care se numește curent alternativ. Cantitatea de schimbare a direcției într-un anumit interval de timp se numește frecvență și se măsoară, așa cum s-a menționat mai sus, în Hertz (Hz). De exemplu, într-o rețea electrică standard din țara noastră, frecvența este de 50 Hz, ceea ce înseamnă că direcția curentului se schimbă de 50 de ori pe secundă.

Ce este curentul continuu

Atunci când mișcarea ordonată a particulelor încărcate are întotdeauna o singură direcție, acest curent se numește curent continuu. Curentul continuu apare într-o rețea de tensiune continuă atunci când polaritatea sarcinilor de pe o parte și de pe cealaltă parte este constantă în timp. Este foarte des utilizat în diverse dispozitive și tehnici electronice atunci când nu este necesară transmiterea energiei pe distanțe mari.

Surse de curent electric

O sursă de curent electric În general, se referă la un aparat sau un dispozitiv cu ajutorul căruia se poate crea un curent electric într-un circuit. Astfel de dispozitive pot produce atât curent alternativ, cât și curent continuu. Acestea se împart în generatoare de curent mecanic, luminos, termic și chimic, în funcție de modul în care creează electricitate.

Mecanică Sursele de curent electric transformă energia mecanică în energie electrică. Aceste echipamente includ diferite tipuri de generatoarecare generează curent electric alternativ prin rotirea unui electromagnet în jurul unei bobine de motoare cu inducție.

Lumină sursele convertesc energia fotonilor (energie luminoasă) în energie electrică. Acestea utilizează proprietatea semiconductorilor de a produce o tensiune atunci când sunt expuse la un flux luminos. Panourile solare pot fi considerate ca fiind un astfel de echipament.

Termică - Convertește energia termică în energie electrică prin intermediul diferenței de temperatură dintre două perechi de semiconductori care intră în contact - termocuple. Cantitatea de curent în astfel de dispozitive este direct legată de diferența de temperatură: cu cât diferența este mai mare, cu atât intensitatea curentului este mai mare. Astfel de surse sunt utilizate, de exemplu, în centralele electrice geotermale.

Produse chimice Generează electricitate prin reacții chimice. De exemplu, diferite tipuri de baterii și acumulatori galvanici pot fi clasificate ca astfel de dispozitive. Sursele de curent galvanic sunt utilizate de obicei în dispozitive autonome, vehicule, aparate și sunt surse de curent continuu.

Conversia curentului alternativ în curent continuu

Dispozitivele electrice din întreaga lume utilizează atât curent continuu, cât și curent alternativ. Prin urmare, este necesar să se transforme un curent în altul sau viceversa.

Un curent alternativ poate fi transformat în curent continuu prin utilizarea unei punți de diode sau a unui "redresor". Partea principală a redresorului este o diodă semiconductoare, care conduce curentul electric într-o singură direcție. După această diodă, curentul nu-și schimbă direcția, dar există ondulații, care sunt eliminate cu condensatori și alte filtre. Redresoarele sunt disponibile în versiuni mecanice, în vid sau cu semiconductori.

În funcție de calitatea de fabricație a unui astfel de dispozitiv, curentul de ondulație la ieșire va avea valori diferite, de regulă, cu cât este mai scump și mai bine fabricat un dispozitiv, cu atât mai puțin ondulație și curentul este mai curat. Exemple de astfel de dispozitive sunt surse de alimentare diverse aparate și încărcătoare, redresoare ale unităților de alimentare electrică din diverse moduri de transport, aparate de sudură de curent continuu și altele.

Invertoarele sunt utilizate pentru a converti curentul continuu în curent alternativ. Astfel de dispozitive generează o tensiune alternativă cu un model de undă sinusoidală. Există mai multe tipuri de astfel de dispozitive: invertoare cu motor, invertoare cu releu și invertoare electronice. Toate acestea diferă în ceea ce privește calitatea curentului alternativ pe care îl produc, costul și dimensiunea lor. Printre exemple se numără sursele de alimentare neîntreruptibile, invertoarele din mașini sau din centralele solare, de exemplu.

Unde se utilizează curentul alternativ și curentul continuu și care sunt avantajele acestora

Diferite sarcini pot necesita utilizarea atât a curentului alternativ, cât și a curentului continuu. Fiecare tip de curent are avantajele și dezavantajele sale.

Curent alternativ se utilizează în principal atunci când trebuie să se transmită curenți pe distanțe mari. Acest tip de curent are mai mult sens din punct de vedere al pierderilor posibile și al costurilor echipamentelor. Acesta este motivul pentru care majoritatea aparatelor și mașinilor utilizează numai acest tip de curent.

Locuințele și întreprinderile, infrastructura și instalațiile de transport se află la distanță mare de centralele electrice, astfel încât toate rețelele electrice sunt de curent alternativ. Aceste rețele alimentează toate aparatele electrocasnice, echipamentele industriale și locomotivele de tren. Există un număr incredibil de dispozitive alimentate cu curent alternativ și este mult mai ușor să le descriem pe cele care utilizează curent continuu.

 

Curent continuu este utilizat în sistemele autonome, cum ar fi sistemele de la bordul vehiculelor, al aeronavelor, al navelor maritime și al trenurilor electrice. Este utilizat pe scară largă pentru alimentarea microcircuitelor în diverse aplicații electronice, de comunicații și alte aplicații în care interferențele și ondulațiile trebuie minimizate sau eliminate. În unele cazuri, un astfel de curent este utilizat în lucrările de sudură electrică prin intermediul invertoarelor. Există chiar și locomotive de cale ferată care funcționează pe sisteme de curent continuu. În medicină, un astfel de curent este utilizat pentru a introduce medicamente în organism prin electroforeză și în scopuri științifice pentru a separa diferite substanțe (electroforeza proteinelor etc.).

Simboluri pe aparate și circuite electrice

Adesea este necesar să se determine la ce curent funcționează aparatul. La urma urmei, conectarea unui dispozitiv care funcționează în curent continuu la o rețea de curent alternativ va duce inevitabil la consecințe neplăcute: deteriorarea dispozitivului, incendiu sau șocuri electrice. Există simboluri acceptate la nivel internațional pentru acest lucru denumiri standard pentru astfel de sisteme și chiar cabluri cu coduri de culoare.

De exemplu, aparatele care funcționează pe curent continuu sunt marcate cu o linie, două linii continue sau o linie continuă împreună cu o linie punctată sub fiecare dintre ele. Astfel de curenți sunt, de asemenea, marcați cu următoarele litere latine DC. Izolația firelor electrice în sistemele de curent continuu este de culoare roșie pentru curentul pozitiv și de culoare albastră sau neagră pentru curentul negativ.

Pe aparatele și mașinile electrice, curentul alternativ este indicat prin abrevierea engleză AC sau de o linie ondulată. În diagrame și în descrierile dispozitivelor, acesta este indicat și prin două linii: o linie continuă și o linie ondulată una sub cealaltă. În majoritatea cazurilor, conductorii sunt marcați după cum urmează: faza în maro sau negru, neutru în albastru și pământ în verde-galben.

De ce se utilizează mai des curentul alternativ

Am vorbit deja mai sus despre motivul pentru care curentul alternativ este utilizat mai des decât curentul continuu. Și totuși, haideți să analizăm mai atent această întrebare.

Încă de la descoperirea electricității, a existat o dezbatere cu privire la ce curent este mai bine de utilizat. Există chiar și un "război al curenților" - o rivalitate între Thomas Edison și Nikola Tesla pentru utilizarea unui tip de curent. Lupta dintre adepții acestor mari oameni de știință a durat până în 2007, când orașul New York a trecut de la curent continuu la curent alternativ.

Cel mai important motiv pentru care curentul alternativ este mai frecvent utilizat este acela de a este capacitatea de a o transmite pe distanțe lungi cu pierderi minime.. Cu cât distanța dintre sursa de curent și consumatorul final este mai mare, cu atât rezistența este mai mare. a firelor și pierderea de căldură din fire.

Pentru a obține puterea maximă este necesar să se mărească fie grosimea cablurilor (și astfel se reduce rezistența), sau pentru a crește tensiunea.

În sistemele de curent alternativ, este posibilă creșterea tensiunii cu o grosime minimă a firelor, reducând astfel costul liniilor electrice. În cazul sistemelor de curent continuu, nu există modalități accesibile și eficiente de creștere a tensiunii și, prin urmare, astfel de rețele necesită fie o grosime mai mare a conductorilor, fie construirea unui număr mare de centrale electrice mici. Ambele metode sunt costisitoare și cresc semnificativ costul energiei electrice în comparație cu rețelele de curent alternativ.

Cu ajutorul transformatoarelor electrice, tensiunea de curent alternativ este eficient (cu randamente de până la 99%.) poate fi variată în ambele direcții, de la valori minime la maxime, ceea ce reprezintă, de asemenea, unul dintre avantajele importante ale rețelelor de curent alternativ. Utilizarea unui sistem trifazat de curent alternativ crește și mai mult eficiența, iar mașinile, cum ar fi motoarele care funcționează pe rețele de curent alternativ, sunt mult mai mici, mai ieftine și mai ușor de întreținut decât motoarele de curent continuu.

Din toate cele de mai sus, putem concluziona că utilizarea curentului alternativ este benefică în rețelele mari și în transmiterea energiei electrice pe distanțe mari, în timp ce pentru funcționarea precisă și eficientă a dispozitivelor electronice și a dispozitivelor autonome este recomandabilă utilizarea curentului continuu.

Articole conexe: