In de moderne wereld is iedereen sinds zijn kindertijd blootgesteld aan elektriciteit. De eerste vermelding van dit natuurverschijnsel dateert uit de tijd van de filosofen Aristoteles en Thales, die geïntrigeerd waren door de verbazingwekkende en mysterieuze eigenschappen van elektrische stroom. Maar het was pas in de 17e eeuw dat grote wetenschappelijke geesten een reeks ontdekkingen begonnen met betrekking tot elektrische energie die tot op de dag van vandaag voortduren.
De ontdekking van elektrische stroom en de creatie door Michael Faraday in 1831 van 's werelds eerste generator hebben het menselijk leven radicaal veranderd. We zijn eraan gewend dat ons leven gemakkelijker wordt gemaakt door apparaten die elektrische energie gebruiken, maar tot nu toe hebben de meeste mensen geen begrip van dit belangrijke fenomeen. Om te beginnen, om de basisprincipes van elektriciteit te begrijpen, is het noodzakelijk om twee basisdefinities te bestuderen: elektrische stroom en spanning.
Inhoud
Wat is elektrische stroom en spanning?
Elektriciteit is de geordende beweging van geladen deeltjes (dragers van elektrische lading). De dragers van elektrische stroom zijn elektronen (in metalen en gassen), kationen en anionen (in elektrolyten), gaten bij elektron-gat geleidbaarheid. Dit fenomeen manifesteert zich door het creëren van een magnetisch veld, een verandering in de chemische samenstelling of verwarming van de geleiders. De belangrijkste kenmerken van de stroom zijn:
- stroomsterkte, bepaald door de wet van Ohm en gemeten in Ampère (MAAR), in de formules wordt aangegeven met de letter I;
- vermogen, volgens de wet van Joule-Lenz, gemeten in watt (di), aangegeven met de letter P;
- frequentie, gemeten in hertz (Hz).
Elektrische stroom, als energiedrager, wordt gebruikt om mechanische energie te verkrijgen met behulp van elektrische motoren, om thermische energie te verkrijgen in verwarmingstoestellen, elektrisch lassen en verwarmingstoestellen, om elektromagnetische golven van verschillende frequenties op te wekken, om een magnetisch veld te creëren in elektromagneten en om licht te verkrijgen energie in verlichtingsarmaturen en diverse soorten lampen.
Spanning is de arbeid die het elektrische veld verricht om een lading van 1 hanger (kl) van het ene punt van de geleider naar het andere. Op basis van deze definitie is het nog steeds moeilijk te begrijpen wat stress is.
Om geladen deeltjes van de ene pool naar de andere te laten bewegen, is het noodzakelijk om een potentiaalverschil tussen deze polen te creëren (Dat heet spanning.). De eenheid van spanning is de volt (BIJ).
Om eindelijk de definitie van elektrische stroom en spanning te begrijpen, kan een interessante analogie worden gegeven: stel je voor dat de elektrische lading water is, dan is de druk van het water in de kolom de spanning en de snelheid van de waterstroom in de pijp is de sterkte van de elektrische stroom. Hoe hoger de spanning, hoe groter de elektrische stroom.
Wat is wisselstroom?
Als je de polariteit van de potentialen verandert, verandert de richting van de stroom van elektrische stroom. Het is deze stroom die variabel wordt genoemd. Het aantal richtingsveranderingen gedurende een bepaalde tijdsperiode wordt frequentie genoemd en wordt, zoals hierboven vermeld, gemeten in hertz (Hz). In een standaard elektrisch netwerk in ons land is de frequentie bijvoorbeeld 50 Hz, dat wil zeggen dat de richting van de stroombeweging 50 keer per seconde verandert.
Wat is gelijkstroom?
Als de geordende beweging van geladen deeltjes altijd maar één richting heeft, dan heet zo'n stroom constant. Gelijkstroom treedt op in een netwerk met constante spanning wanneer de polariteit van de ladingen aan de ene en de andere kant in de tijd constant is. Het wordt heel vaak gebruikt in verschillende elektronische apparaten en technologie, wanneer energietransmissie over een lange afstand niet vereist is.
Bronnen van elektrische stroom
Bron van elektrische stroom meestal een apparaat of apparaat genoemd waarmee een elektrische stroom in een circuit kan worden gecreëerd. Dergelijke apparaten kunnen zowel wisselstroom als gelijkstroom opwekken. Volgens de methode om een elektrische stroom te creëren, zijn ze onderverdeeld in mechanisch, licht, thermisch en chemisch.
Mechanisch Elektrische stroombronnen zetten mechanische energie om in elektrische energie.Deze apparatuur is van verschillende soorten. generatoren, die door de rotatie van de elektromagneet rond de spoel van asynchrone motoren een elektrische wisselstroom produceren.
licht bronnen zetten fotonenergie om (licht energie) in elektriciteit. Ze gebruiken de eigenschap van halfgeleiders om spanning te produceren wanneer ze worden blootgesteld aan een lichtstroom. Zonnepanelen zijn zo'n apparaat.
Thermisch - warmte-energie omzetten in elektriciteit vanwege het temperatuurverschil tussen twee paren contact makende halfgeleiders - thermokoppels. De grootte van de stroom in dergelijke apparaten is direct gerelateerd aan het temperatuurverschil: hoe groter het verschil, hoe groter de stroomsterkte. Dergelijke bronnen worden bijvoorbeeld gebruikt in aardwarmtecentrales.
Chemisch een stroombron produceert elektriciteit als gevolg van chemische reacties. Dergelijke apparaten omvatten bijvoorbeeld verschillende soorten galvanische batterijen en accu's. Stroombronnen op basis van galvanische cellen worden meestal gebruikt in stand-alone apparaten, auto's, technologie en zijn gelijkstroombronnen.
AC naar DC conversie
Elektrische apparaten in de wereld gebruiken gelijk- en wisselstroom. Daarom is het nodig om de ene stroom in de andere om te zetten of omgekeerd.
Uit wisselstroom kan gelijkstroom worden verkregen met behulp van een diodebrug of, zoals het ook wordt genoemd, een "gelijkrichter". De kern van een gelijkrichter is een halfgeleiderdiode die elektriciteit slechts in één richting geleidt. Na deze diode verandert de stroom niet van richting, maar verschijnen er rimpelingen, die worden geëlimineerd met behulp van condensatoren en andere filters. Gelijkrichters zijn verkrijgbaar in mechanische, elektrovacuüm- of halfgeleiderversies.
Afhankelijk van de fabricagekwaliteit van een dergelijk apparaat, zal de stroomrimpel aan de uitgang een andere waarde hebben, in de regel, hoe duurder en beter het apparaat is gemaakt, hoe minder rimpeling en hoe schoner de stroom. Een voorbeeld van dergelijke apparaten zijn: Voedingen verschillende apparaten en opladers, gelijkrichters van elektrische centrales in verschillende vervoerswijzen, DC-lasmachines en andere.
Omvormers worden gebruikt om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom. Dergelijke apparaten genereren een wisselspanning met een sinusoïde. Er zijn verschillende soorten van dergelijke apparaten: omvormers met elektromotoren, relais en elektronische. Ze verschillen allemaal van elkaar in de kwaliteit van de uitgangswisselstroom, de kosten en de grootte. Een voorbeeld van zo'n apparaat zijn ononderbroken stroomvoorzieningen, omvormers in auto's of bijvoorbeeld in zonne-energiecentrales.
Waar wordt het gebruikt en wat zijn de voordelen van wissel- en gelijkstroom?
Verschillende taken kunnen het gebruik van zowel AC als DC vereisen. Elk type stroom heeft zijn eigen voor- en nadelen.
Wisselstroom meestal gebruikt wanneer stroom over lange afstanden moet worden overgedragen. Het is handiger om zo'n stroom over te dragen vanuit het oogpunt van mogelijke verliezen en de kosten van apparatuur. Dat is de reden waarom de meeste elektrische apparaten en mechanismen alleen dit type stroom gebruiken.
Woonhuizen en bedrijven, infrastructuur en transportfaciliteiten bevinden zich op een afstand van elektriciteitscentrales, dus alle elektrische netwerken zijn AC. Dergelijke netwerken voeden alle huishoudelijke apparaten, industriële apparatuur, treinlocomotieven. Er zijn ongelooflijk veel apparaten die op wisselstroom werken en het is veel gemakkelijker om die apparaten te beschrijven die gelijkstroom gebruiken.
DC gebruikt in autonome systemen, zoals boordsystemen van auto's, vliegtuigen, schepen of elektrische treinen. Het wordt veel gebruikt in de voeding van microschakelingen van verschillende elektronica, in communicatie- en andere apparatuur, waar het nodig is om de hoeveelheid interferentie en rimpeling te minimaliseren of deze volledig te elimineren. In sommige gevallen wordt een dergelijke stroom gebruikt bij elektrisch lassen met behulp van omvormers. Er zijn zelfs locomotieven die op gelijkstroom rijden. In de geneeskunde wordt een dergelijke stroom gebruikt om medicijnen in het lichaam te brengen met behulp van elektroforese en voor wetenschappelijke doeleinden om verschillende stoffen te scheiden (eiwitelektroforese, enz.).
Benamingen op elektrische apparaten en schema's
Vaak is het nodig om te bepalen op welke stroom het apparaat werkt. Het aansluiten van een apparaat dat op gelijkstroom werkt op een elektriciteitsnet met wisselstroom leidt immers onvermijdelijk tot onaangename gevolgen: schade aan het apparaat, brand, elektrische schok. Hiervoor zijn er algemeen aanvaarde conventies voor dergelijke systemen en zelfs kleurcodering van draden.
Conventioneel worden op elektrische apparaten die op gelijkstroom werken één lijn, twee ononderbroken lijnen of een ononderbroken lijn samen met een stippellijn onder elkaar aangegeven. Ook is zo'n stroom gemarkeerd met een aanduiding in Latijnse letters gelijkstroom. De elektrische isolatie van draden in DC-systemen voor de positieve draad is rood gekleurd, de negatieve draad blauw of zwart.
Op elektrische apparaten en machines wordt wisselstroom aangegeven met de Engelse afkorting AC of golvende lijn. In de diagrammen en in de beschrijving van apparaten wordt dit ook aangegeven door twee lijnen: ononderbroken en golvend, onder elkaar geplaatst. Geleiders worden in de meeste gevallen als volgt aangeduid: fase is bruin of zwart, nul is blauw en aarde is geelgroen.
Waarom wordt wisselstroom vaker gebruikt?
Hierboven hebben we het al gehad over waarom wisselstroom tegenwoordig vaker wordt gebruikt dan gelijkstroom. En toch, laten we dit probleem in meer detail bekijken.
De discussie over welke stroom beter is, is al gaande sinds de ontdekkingen op het gebied van elektriciteit. Er bestaat zelfs zoiets als een "oorlog van stromingen" - de confrontatie tussen Thomas Edison en Nikola Tesla voor het gebruik van een van de soorten stroom. De strijd tussen de volgelingen van deze grote wetenschappers duurde tot 2007, toen de stad New York overging op wisselstroom van gelijkstroom.
De grootste reden waarom AC vaker wordt gebruikt, is omdat: de mogelijkheid om het over lange afstanden te verzenden met minimale verliezen. Hoe groter de afstand tussen de stroombron en de eindgebruiker, hoe groter de weerstand draden en warmteverliezen voor hun verwarming.
Om maximaal vermogen te krijgen, is het noodzakelijk om ofwel de dikte van de draden te vergroten (en daardoor de weerstand verminderen), of verhoog de spanning.
In AC-systemen kunt u de spanning verhogen met een minimale dikte van draden, waardoor de kosten van elektrische leidingen worden verlaagd. Voor systemen met gelijkstroom zijn er geen betaalbare en effectieve manieren om de spanning te verhogen, en daarom is het voor dergelijke netwerken noodzakelijk om de dikte van de geleiders te vergroten of een groot aantal kleine energiecentrales te bouwen. Beide methoden zijn duur en verhogen de elektriciteitskosten aanzienlijk in vergelijking met AC-netwerken.
Met behulp van elektrische transformatoren is de wisselstroomspanning effectief (met efficiëntie tot 99%) kan in elke richting worden gewijzigd van minimale naar maximale waarden, wat ook een van de belangrijke voordelen van AC-netwerken is. Het gebruik van een driefasig wisselstroomsysteem verhoogt de efficiëntie verder, en machines zoals motoren die op wisselstroom werken, zijn veel kleiner, goedkoper en gemakkelijker te onderhouden dan gelijkstroommotoren.
Op basis van het voorgaande kunnen we concluderen dat het gebruik van wisselstroom gunstig is in grote netwerken en bij het overbrengen van elektrische energie over lange afstanden, en voor een nauwkeurige en efficiënte werking van elektronische apparaten en voor autonome apparaten, is het raadzaam om gelijkstroom te gebruiken.
Vergelijkbare artikelen:
