В современный период уже трудно представить, как можно обходиться без электричества, ведь это неотъемлемая часть человеческой деятельности. Хотя нашим далеким предкам удавалось прекрасно обходиться без этой технологии. Электрическая энергия протекает по проводам в каждом многоквартирном доме. Питает бытовую технику, а также промышленное оборудование, что в целом позволяет повысить качество жизни и производительность труда. При этом обыватели чаще всего не до конца понимают, в чем же разница между переменным и постоянным током.
Содержание
Электрический ток и напряжение
Примечательно, что с электричеством человечество сталкивалось еще в глубокой древности. Греческий философ, математик Фалес Милетский заметил, что трение янтаря о шерсть сопровождается притягиванием легких предметов.
Кто ответственен за изобретение электричества и когда точно это произошло? Как раз на данный вопрос ответа не найти вообще, так как изобретатель, по сути, отсутствует. Это явление, которое имеет место в природе.
Это явный пример того, что человечество знало об электричестве очень и очень давно, но что-то не задалось. И только с XVII столетия величайшие умы человечества начали делать различные открытия в сфере электричества, определили его как энергию, которой можно управлять.
Тем не менее, и сегодня не все понимают, что такое переменный и постоянный ток, в чем разница между ними. Большинство людей уже привыкло ко многим приборам, но до сих пор не понимают сути самого явления.
Электрический ток представляет собой упорядоченный движение заряженных частиц. Исходя из конкретной среды, это могут быть:
- электроны — внутри металлов или в газах;
- катионы, анионы — в электролитах;
- дырки (электронно-дырочная проводимость) — в полупроводниках.
По своей сути электрический ток является источником энергии для получения других форм. В электродвигателях создается механическая, электрические приборы способствуют выработке тепловой. То же самое применимо к электросварке и нагревателям.
Электрическим разрядом возбуждаются электромагнитные волны, а в электромагнитах благодаря току создается магнитное поле. Осветительные приборы выделяют световую энергию.
Определяется как работа, которую совершает электрическое поле по перемещению заряженной частицы номиналов в 1 кулон (Кл). Иными словами, согласно принятому определению, напряжение — это разность электрических потенциалов.
Сам электрический ток бывает двух видов, о чем далее. Чтобы понять, в чем разница постоянного и переменного напряжения, стоит познакомиться с ними по отдельности.
Переменный
При изменении полярности потенциалов меняется направление носителей заряда. Такой ток зовется переменным.
Численность изменений направления заряженных частиц за определенный временной промежуток — это частота, измеряемая в герцах (Гц). Согласно европейскому стандарту на всей территории России частота электросети 50 герц (220 вольт). То есть за одну секунду электроны меняют свое направление 50 раз!
Постоянный
Когда заряженные частички движутся направленным потоком только в одну сторону, речь идет о постоянном токе. В этом случае полярность обоих участков остается неизменной, меняться может лишь величина напряжения.
Разница между двумя видами
Незнание, чем переменный ток отличается от постоянного, грозит неправильным подключением потребителей к источнику питания. В лучшем случае повреждаются приборы, а худшем приводит к опасным для жизни и здоровья людей последствиям.
Собственно главное различие заключается как раз в направлении движения заряженных частиц.
- На графиках переменного тока это отображается в виде волнистой синусоиды, что зовется частотой.
- Постоянный ток лишен этой характеристики, поскольку частицы движут строго в одном направлении.
При этом все носители заряда движутся от положительного полюса к отрицательному. Тем не менее за направление тока принято считать движение частиц с положительным зарядом — то есть от плюса в сторону минуса.
Другое отличие носит конструктивный характер — выводы, а также контакты обычно маркируются символами «+» и «—». На электродах переменного — только «фаза» и «ноль». Если сеть трехфазная, то контактов уже 4 — три фазные линии и одна нулевая.
Еще одна особенность кроется в получении электричества обоих видов. Постоянный вырабатывается при работе соответствующих генераторов. Также человечество научилось использовать для этой цели солнечные батареи. Однако в большинстве случаев используются химические и электролитические процессы.
Выработка переменного тока происходит внутри трехфазных генераторов.
Источники электричества
В качестве источника для получения электрического тока выступает разное оборудование или устройства. С их помощью вырабатывается переменный и постоянный ток. Они разделяются не несколько видов, в зависимости от конкретного способа получения.
Механические
То есть механическая энергия посредством определенных узлов и агрегатов трансформируется в электрическую форму.
Это генераторы разного типа, где преобразование осуществляется благодаря вращению электромагнита вокруг обмотки статора асинхронного двигателя.
Световые
С помощью современной технологии энергия квантов электромагнитного излучения (фотонов) преобразуется в электрическую. Внутри устройств располагаются полупроводники, которые имеют множество характерных свойств.
Прямое воздействие солнечного света на эти элементы способствует образованию напряжения. Собственно к этим устройствам относятся солнечные батареи.
Тепловые
Трансформация энергии тепла в электрическую происходит в результате получения разницы температур. Здесь также используются полупроводники, но уже другого вида — термопары.
Электрические показатели в подобных устройствах пропорциональны разности температур — с увеличением разницы растет сила тока. Такие процессы проходят внутри геотермальных электростанций (ГеоЭС или ГеоТЭС).
Химические
Электричество можно также получить в результате химических реакций. Эти процессы протекают в гальванических батареях, аккумуляторах. Гальванические элементы, по сути, обладают одноразовым действием (батарейки). Это источники постоянного тока.
Аккумуляторы — это уже источник многоразового действия, который после разряда заряжается для восполнения энергии. Однако вечно так происходить не может и спустя определенный промежуток устройство изнашивается.
Обозначение на схемах и аппаратуре
Переменный ток на приборах, а также технических схемах обозначается сокращенной надписью AC (Alternative Current). Для постоянного тока — это DC (Direct Current).
Преимущества каждой разновидности
Любая аккумуляторная батарея (АКБ) наиболее практична в качестве источника постоянного напряжения. Но, как уже выше было отмечено, бесконечная поставка тока без подзарядки невозможна.
В связи с этим доставка электрической энергии до конечного потребителя является основополагающей задачей, с чем справляется переменный ток. К его плюсам можно отнести:
- Легкость изменения рабочих показателей напряжения.
- Возможность получения большой мощности.
- Поставка электроэнергии потребителям на расстояния любой протяженности (ЛЭП).
- Реализация трехфазной схемы энергоснабжения.
- Ориентированность на потребителей предприятий разной направленности — промышленные, строительные, сельскохозяйственные, транспортные и прочие.
- Электрические двигатели переменного тока, включая асинхронные агрегаты, устроены намного проще, а также дешевле в изготовлении, нежели аналоги постоянного.
Для понижения или увеличения величины напряжения используются соответствующие трансформаторы. Они нужны на протяжении всей линии поставки электричества.
Основное преимущество постоянного тока — в цепях отсутствует реактивная мощность. Вся энергия, получаемая от генератора (за исключением потери в проводах) используется в полной мере.
Помимо этого, у такого тока заряженные частицы движутся вдоль всего проводника, а не на периферии. Передача одного и того же напряжения при равных показателях мощности сопровождается меньшими потерями со стороны постоянного тока, нежели переменного.
Область применения
Переменный ток используется для «транспортировки» электрической энергии на большие расстояния. При этом передаются повышенные значения напряжения, которые потом снижаются до нужных параметров.
К потребителям постоянного тока можно отнести:
- Электронные приборы — от кухонных «помощников» (чайник, плита, холодильник, микроволновая печь и т. д.), включая разнообразные умные устройства до мультимедийной аппаратуры.
- Различные автономные системы разного транспорта — автомобилей, воздушных и судов, электрических поездов.
- Инверторные сварочные аппараты.
- Электровозы.
В медицинской практике при помощи постоянного тока в организм вводятся лекарственные вещества (электрофорез). В науке — для разделения веществ.
Почему переменный ток чаще используется?
Широкое распространение именного переменного тока обусловлено сугубо техническими причинами. В частности главное достоинство — возможность «транспортировки» на большое расстояние, обходясь минимальными потерями. Максимальная мощность требует увеличение толщины проводов (для снижения сопротивления) или показателей напряжения.
Реализация постоянного тока требует куда больших затрат, что экономически не обосновано. Доступных и одновременно эффективных способов повысить напряжения не существует. В этом случае придется увеличивать толщину проводов или строить множество мини-электростанций на пути к потребителям.
Видео по теме статьи
Чем отличается один вид тока от другого подробно рассказано в видеоролике ниже.
Заключение
Переменный ток хорош тем, что передача на большие расстояния наиболее выгодна. Вдобавок он легко поддается трансформации. Однако высокая точность электронной техники и эффективность автономных устройств возможна с использованием постоянного тока.
