Mūsdienu pasaulē katrs cilvēks kopš bērnības ir bijis pakļauts elektrībai. Pirmā šīs dabas parādības pieminēšana aizsākās filozofu Aristoteļa un Tāla laikā, kurus ieinteresēja elektriskās strāvas pārsteidzošās un noslēpumainās īpašības. Taču tikai 17. gadsimtā lielie zinātniskie prāti sāka virkni atklājumu par elektroenerģiju, kas turpinās līdz pat mūsdienām.
Elektriskās strāvas atklāšana un Maikla Faradeja radītais pasaulē pirmais ģenerators 1831. gadā radikāli mainīja cilvēka dzīvi. Mēs esam pieraduši, ka mūsu dzīvi atvieglo ierīces, kas izmanto elektroenerģiju, taču līdz šim lielākajai daļai cilvēku nav izpratnes par šo svarīgo parādību. Lai sāktu, lai izprastu elektroenerģijas pamatprincipus, ir jāizpēta divas pamatdefinīcijas: elektriskā strāva un spriegums.
Saturs
Kas ir elektriskā strāva un spriegums
Elektrība ir lādētu daļiņu sakārtota kustība (elektriskā lādiņa nesēji). Elektriskās strāvas nesēji ir elektroni (metālos un gāzēs), katjoni un anjoni (elektrolītos), caurumi pie elektronu caurumu vadītspējas. Šī parādība izpaužas kā magnētiskā lauka radīšana, ķīmiskā sastāva izmaiņas vai vadītāju karsēšana. Galvenās strāvas īpašības ir:
- strāvas stiprums, ko nosaka Ohma likums un mēra ampēros (BET), formulās apzīmē ar burtu I;
- jauda saskaņā ar Džoula-Lenca likumu, ko mēra vatos (Otr), apzīmē ar burtu P;
- frekvence, mērīta hercos (Hz).
Elektrisko strāvu kā enerģijas nesēju izmanto mehāniskās enerģijas iegūšanai, izmantojot elektromotorus, siltumenerģijas iegūšanai apkures iekārtās, elektriskajā metināšanā un sildītājos, dažādu frekvenču elektromagnētisko viļņu ierosināšanai, magnētiskā lauka radīšanai elektromagnētos un gaismas iegūšanai. enerģija apgaismes ķermeņos un dažāda veida lampās.
spriegums ir elektriskā lauka darbs, lai pārvietotu 1 kulona lādiņu (Cl) no viena vadītāja punkta uz otru. Pamatojoties uz šo definīciju, joprojām ir grūti saprast, kas ir stress.
Lai uzlādētas daļiņas pārvietotos no viena pola uz otru, starp šiem poliem ir jārada potenciālu starpība (Tas ir tas, ko sauc par spriedzi.). Sprieguma mērvienība ir volts (AT).
Lai beidzot saprastu elektriskās strāvas un sprieguma definīciju, var sniegt interesantu analoģiju: iedomājieties, ka elektriskais lādiņš ir ūdens, tad ūdens spiediens kolonnā ir spriegums un ūdens plūsmas ātrums caurulē. ir elektriskās strāvas stiprums. Jo augstāks spriegums, jo lielāka ir elektriskā strāva.
Kas ir maiņstrāva
Ja maināt potenciālu polaritāti, mainās elektriskās strāvas plūsmas virziens. Tieši šo strāvu sauc par mainīgo. Virziena izmaiņu skaitu noteiktā laika periodā sauc par frekvenci un mēra, kā minēts iepriekš, hercos (Hz). Piemēram, mūsu valstī standarta elektrotīklā frekvence ir 50 Hz, tas ir, strāvas kustības virziens mainās 50 reizes sekundē.
Kas ir līdzstrāva
Ja lādētu daļiņu sakārtotajai kustībai vienmēr ir tikai viens virziens, tad šādu strāvu sauc par konstantu. Līdzstrāva rodas pastāvīgā sprieguma tīklā, kad lādiņu polaritāte vienā un otrā pusē laika gaitā ir nemainīga. To ļoti bieži izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs un tehnoloģijās, kad nav nepieciešama enerģijas pārraide lielā attālumā.
Elektriskās strāvas avoti
Elektriskās strāvas avots parasti sauc par ierīci vai ierīci, ar kuru ķēdē var izveidot elektrisko strāvu. Šādas ierīces var radīt gan maiņstrāvu, gan līdzstrāvu. Saskaņā ar elektriskās strāvas radīšanas metodi tos iedala mehāniskajos, vieglajos, termiskajos un ķīmiskajos.
Mehānisks Elektriskās strāvas avoti pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā.Šīs iekārtas ir dažāda veida. ģeneratori, kas elektromagnēta rotācijas dēļ ap asinhrono dzinēju spoli rada maiņstrāvu.
gaisma avoti pārvērš fotonu enerģiju (gaismas enerģija) elektrībā. Tie izmanto pusvadītāju īpašību, lai radītu spriegumu, kad tie ir pakļauti gaismas plūsmai. Saules paneļi ir viena no šādām ierīcēm.
Termiskā - pārveidot siltumenerģiju elektroenerģijā, pateicoties temperatūras starpībai starp diviem kontaktu pusvadītāju pāriem - termopāriem. Strāvas stiprums šādās ierīcēs ir tieši saistīts ar temperatūras starpību: jo lielāka atšķirība, jo lielāka ir strāvas stiprums. Šādi avoti tiek izmantoti, piemēram, ģeotermālās elektrostacijās.
Ķīmiskā strāvas avots ķīmisko reakciju rezultātā ražo elektroenerģiju. Piemēram, šādas ierīces ietver dažāda veida galvaniskās baterijas un akumulatorus. Strāvas avoti, kuru pamatā ir galvaniskie elementi, parasti tiek izmantoti atsevišķās ierīcēs, automašīnās, tehnoloģijās un ir līdzstrāvas avoti.
Maiņstrāvas uz līdzstrāvas pārveidošana
Elektriskās ierīces pasaulē izmanto līdzstrāvu un maiņstrāvu. Tāpēc ir nepieciešams pārveidot vienu strāvu citā vai otrādi.
No maiņstrāvas līdzstrāvu var iegūt, izmantojot diodes tiltu vai, kā to sauc arī, "taisngriezi". Taisngrieža kodols ir pusvadītāju diode, kas vada elektrību tikai vienā virzienā. Pēc šīs diodes strāva nemaina virzienu, bet parādās viļņi, kas tiek novērsti ar kondensatori un citi filtri. Taisngrieži ir pieejami mehāniskās, elektrovakuuma vai pusvadītāju versijās.
Atkarībā no šādas ierīces ražošanas kvalitātes strāvas pulsācijai pie izejas būs atšķirīga vērtība, jo parasti, jo dārgāka un labāka ierīce ir izgatavota, jo mazāk pulsācijas un tīrāka strāva. Šādu ierīču piemērs ir Barošanas avoti dažādas ierīces un lādētāji, elektrisko elektrostaciju taisngrieži dažādos transporta veidos, līdzstrāvas metināšanas iekārtas un citi.
Invertorus izmanto, lai pārveidotu līdzstrāvu maiņstrāvā. Šādas ierīces ģenerē maiņspriegumu ar sinusoīdu. Ir vairāki šādu ierīču veidi: invertori ar elektromotoriem, releji un elektroniski. Visi no tiem atšķiras viens no otra ar izejas maiņstrāvas kvalitāti, izmaksām un izmēru. Šādas ierīces piemērs ir nepārtrauktās barošanas avoti, invertori automašīnās vai, piemēram, saules elektrostacijās.
Kur to izmanto un kādas ir maiņstrāvas un līdzstrāvas priekšrocības
Dažādiem uzdevumiem var būt nepieciešams izmantot gan maiņstrāvu, gan līdzstrāvu. Katram strāvas veidam ir savas priekšrocības un trūkumi.
Maiņstrāva visbiežāk izmanto, ja ir nepieciešams pārraidīt strāvu lielos attālumos. Šādu strāvu ir lietderīgāk pārraidīt no iespējamo zudumu un aprīkojuma izmaksu viedokļa. Tāpēc lielākā daļa elektroierīču un mehānismu izmanto tikai šāda veida strāvu.
Dzīvojamās mājas un uzņēmumi, infrastruktūra un transporta objekti atrodas attālumā no elektrostacijām, tāpēc visi elektrotīkli ir maiņstrāvas. Šādi tīkli baro visu sadzīves tehniku, rūpnieciskās iekārtas, vilcienu lokomotīves. Ir neticami daudz ierīču, kas darbojas ar maiņstrāvu, un ir daudz vieglāk aprakstīt tās ierīces, kas izmanto līdzstrāvu.
D.C izmanto autonomās sistēmās, piemēram, automašīnu, lidmašīnu, kuģu vai elektrisko vilcienu borta sistēmās. To plaši izmanto dažādu elektronikas mikroshēmu barošanā, sakaru un citās iekārtās, kur nepieciešams samazināt traucējumu un pulsācijas apjomu vai pilnībā tos novērst. Dažos gadījumos šāda strāva tiek izmantota elektriskajā metināšanā ar invertoru palīdzību. Ir pat dzelzceļa lokomotīves, kas darbojas ar līdzstrāvas sistēmām. Medicīnā šādu strāvu izmanto zāļu ievadīšanai organismā, izmantojot elektroforēzi, un zinātniskos nolūkos dažādu vielu atdalīšanai (olbaltumvielu elektroforēze utt.).
Apzīmējumi uz elektroierīcēm un diagrammas
Bieži vien ir jānosaka, ar kādu strāvu ierīce darbojas. Galu galā ierīces, kas darbojas ar līdzstrāvu, pievienošana maiņstrāvas elektrotīklam neizbēgami radīs nepatīkamas sekas: ierīces bojājumus, ugunsgrēku, elektriskās strāvas triecienu. Šim nolūkam ir vispārpieņemti konvencijas šādām sistēmām un pat vadu krāsu kodēšanu.
Parasti uz elektroierīcēm, kas darbojas ar līdzstrāvu, ir norādīta viena līnija, divas nepārtrauktas līnijas vai nepārtraukta līnija kopā ar punktētu līniju, kas atrodas viena zem otras. Arī šāda strāva ir apzīmēta ar apzīmējumu latīņu burtiem DC. Vadu elektriskā izolācija līdzstrāvas sistēmās pozitīvajam vadam ir sarkanā krāsā, negatīvā - zilā vai melnā krāsā.
Elektriskajās iekārtās un mašīnās maiņstrāvu norāda ar angļu valodas saīsinājumu AC vai viļņota līnija. Diagrammās un ierīču aprakstā to norāda arī divas līnijas: cieta un viļņota, kas atrodas viena zem otras. Vadītāji vairumā gadījumu tiek apzīmēti šādi: fāze ir brūna vai melna, nulle ir zila un zeme ir dzeltenzaļa.
Kāpēc maiņstrāva tiek izmantota biežāk
Iepriekš mēs jau runājām par to, kāpēc maiņstrāva pašlaik tiek izmantota biežāk nekā līdzstrāva. Un tomēr, aplūkosim šo jautājumu sīkāk.
Debates par to, kuru strāvu labāk izmantot, ir notikušas kopš atklājumiem elektroenerģijas jomā. Pastāv pat tāda lieta kā "straumju karš" - Tomasa Edisona un Nikola Teslas konfrontācija par viena no strāvas veidiem. Cīņa starp šo izcilo zinātnieku sekotājiem ilga līdz 2007. gadam, kad Ņujorkas pilsēta tika pārslēgta uz maiņstrāvu no līdzstrāvas.
Lielākais iemesls, kāpēc maiņstrāva tiek izmantota biežāk, ir tāpēc spēja to pārraidīt lielos attālumos ar minimāliem zaudējumiem. Jo lielāks attālums starp strāvas avotu un gala patērētāju, jo lielāka pretestība vadi un siltuma zudumi to apkurei.
Lai iegūtu maksimālu jaudu, ir jāpalielina vai nu vadu biezums (un tādējādi samazina pretestību), vai palieliniet spriegumu.
Maiņstrāvas sistēmās jūs varat palielināt spriegumu ar minimālu vadu biezumu, tādējādi samazinot elektrisko līniju izmaksas. Sistēmām ar līdzstrāvu nav pieejamu un efektīvu veidu, kā palielināt spriegumu, un tāpēc šādiem tīkliem ir nepieciešams vai nu palielināt vadītāju biezumu, vai arī uzbūvēt lielu skaitu mazu elektrostaciju. Abas šīs metodes ir dārgas un ievērojami palielina elektroenerģijas izmaksas salīdzinājumā ar maiņstrāvas tīkliem.
Ar elektrisko transformatoru palīdzību maiņstrāvas spriegums ir efektīvs (ar efektivitāti līdz 99%) var mainīt jebkurā virzienā no minimālajām uz maksimālajām vērtībām, kas arī ir viena no svarīgām maiņstrāvas tīklu priekšrocībām. Trīsfāzu maiņstrāvas sistēmas izmantošana vēl vairāk palielina efektivitāti, un tādas iekārtas kā motori, kas darbojas ar maiņstrāvu, ir daudz mazāki, lētāki un vieglāk uzturējami nekā līdzstrāvas motori.
Pamatojoties uz iepriekš minēto, mēs varam secināt, ka maiņstrāvas izmantošana ir izdevīga lielos tīklos un, pārvadot elektrisko enerģiju lielos attālumos, un precīzai un efektīvai elektronisko ierīču un autonomo ierīču darbībai ir ieteicams izmantot līdzstrāvu.
Līdzīgi raksti:
