Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц, носителей электрического заряда, в электромагнитном поле.
Что такое электрический ток в разных веществах? Примем, соответственно, движущиеся частицы:
- в металлах — электроны,
- в электролитах — ионы (катионы и анионы),
- в газах — ионы и электроны,
- в вакууме при определённых условиях — электроны,
- в полупроводниках — дырки (электронно-дырочная проводимость).
Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.
Электрический ток проявляется следующим образом:
- нагревает проводники (явление не наблюдается в сверхпроводниках);
- изменяет химический состав проводника (данное явление в первую очередь характерно для электролитов);
- создает магнитное поле (проявляется у всех без исключения проводников).
Классификация
Постоянный и переменный ток
Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический »ток проводимости». Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют »конвекционным».
Токи различают на постоянный и переменный. Также существуют всевозможные разновидности переменного тока. При определении видов тока слово «электрический» опускают.
- Постоянный ток — ток, направление и величина которого не меняются во времени. Может быть пульсирующий, например выпрямленный переменный, который является однонаправленным.
- Переменный ток — электрический ток, изменяющийся во времени. Под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным.
- Периодический ток — электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности.
- Синусоидальный ток — периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. Любой периодический несинусоидальный ток может быть представлен в виде комбинации синусоидальных гармонических составляющих (гармоник), имеющих соответствующие амплитуды, часто́ты и начальные фазы. В этом случае Электростатический потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
- Квазистационарный ток — относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов. Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.
- Ток высокой частоты — переменный ток, (начиная с частоты приблизительно в десятки кГц), для которого становятся значимыми такие явления, которые являются либо полезными, определяющими его применение, либо вредными, против которых принимаются необходимые меры, как излучение электромагнитных волн и скин-эффект. Кроме того, если длина волны излучения переменного тока становится сравнимой с размерами элементов электрической цепи, то нарушается условие квазистационарности, что требует особых подходов к расчёту и проектированию таких цепей.
- Пульсирующий ток — это периодический электрический ток, среднее значение которого за период отлично от нуля.
- Однонаправленный ток — это электрический ток, не изменяющий своего направления.
Вихревые токи
Вихревые токи Фуко
Вихревые токи ( или токи Фуко) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитный поток, поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.
Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.
Постоянный ток: возрождение старой технологии
Solar Smart Grid на Гаити
Сегодня, спустя 86 лет после смерти Эдисона, есть признаки того, что великий изобретатель не так уж и ошибался относительно постоянного тока, как когда-то считали люди. Идеи Эдисона становятся снова актуальными, так как ряд последних событий делает постоянный ток более привлекательным.
Раньше электричество производилось переменным током в генераторах крупных угольных или атомных электростанций, а также в гидротурбинах. Они распределяют энергию через сеть переменного тока. Трансформаторы позволяют увеличить напряжение до нескольких сотен тысяч вольт, удерживая ток в кабелях. Но сейчас ряд поставщиков электроэнергии становятся на путь использования постоянного тока. К ним относятся, например, солнечные электростанции, которые обычно поддерживаются батареями или электрохимическими системами хранения. Преобразование постоянного тока в переменный неизбежно связано с потерями, что делает сеть постоянного тока лучшим выбором для этих поставщиков.
Характеристики
Исторически принято, что »’направление тока»’ совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения заряженных частиц.
Дрейфовая скорость электронов
Дрейфовая скорость направленного движения частиц в проводниках, вызванного внешним полем, зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счёт упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света (скорости распространения фронта электромагнитной волны). То есть то место, где электроны изменяют скорость своего движения после изменения напряжения, перемещается со скоростью распространения электромагнитных колебаний.
Сила и плотность тока
Электрический ток
Электрический ток имеет количественные характеристики: скалярную — силу тока, и векторную — плотность тока.
Сила тока — физическая величина, равная отношению количества заряда
, прошедшего за некоторое время
через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в СИ измеряется в амперах (международное и русское обозначение: A).
По закону Ома сила тока
на участке цепи прямо пропорциональна электрическому напряжению
, приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна его сопротивлению
.
Если на участке цепи электрический ток не постоянный, то напряжение и сила тока постоянно изменяется, при этом у обычного переменного тока средние значения напряжения и силы тока равны нулю. Однако средняя мощность выделяемого при этом тепла нулю не равна.
Поэтому применяют следующие понятия:
- мгновенные напряжение и сила тока, то есть действующие в данный момент времени.
- амплитудные напряжение и сила тока, то есть максимальные абсолютные значения
- эффективные (действующие) напряжение и сила тока определяются тепловым действием тока, то есть имеют те же значения, которые они имеют у постоянного тока с таким же тепловым эффектом.
Плотность тока — вектор, абсолютная величина которого равна отношению силы тока, протекающего через некоторое сечение проводника, перпендикулярное направлению тока, к площади этого сечения, а направление вектора совпадает с направлением движения положительных зарядов, образующих ток.
Согласно закону Ома в дифференциальной форме плотность тока в среде
пропорциональна напряжённости электрического поля
и проводимости среды
.
Мощность
При наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Электрическое сопротивление любого проводника состоит из двух составляющих:
- активное сопротивление — сопротивление теплообразованию;
- реактивное сопротивление — сопротивление, обусловленное передачей энергии электрическому или магнитному полю (и обратно).
Как правило, большая часть работы электрического тока выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:
Мощность измеряется в ваттах.
В сплошной среде объёмная мощность потерь
определяется скалярным произведением вектора плотности тока
и вектора напряжённости электрического поля
в данной точке:
Объёмная мощность измеряется в ваттах на кубический метр.
Сопротивление излучению вызвано образованием электромагнитных волн вокруг проводника. Это сопротивление находится в сложной зависимости от формы и размеров проводника, от длины излучаемой волны. Для одиночного прямолинейного проводника, в котором везде ток одного направления и силы, и длина которых L значительно меньше длины излучаемой им электромагнитной волны
, зависимость сопротивления от длины волны и проводника относительно проста:
Наиболее применяемому электрическому току со стандартной частотой 50 »Гц» соответствует волна длиной около 6 тысяч километров, именно поэтому мощность излучения обычно пренебрежительно мала по сравнению с мощностью тепловых потерь. Однако, с увеличением частоты тока длина излучаемой волны уменьшается, соответственно возрастает мощность излучения. Проводник, способный излучать заметную энергию, называется антенной.
Частота
Понятие частоты относится к переменному току, периодически изменяющему силу и/или направление. Сюда же относится наиболее часто применяемый ток, изменяющийся по синусоидальному закону.
Период переменного тока — наименьший промежуток времени (выраженный в секундах), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц (Гц) соответствует одному периоду в секунду.
Ток смещения
Иногда для удобства вводят понятие тока смещения. В уравнениях Максвелла ток смещения присутствует на равных правах с током, вызванным движением зарядов. Интенсивность магнитного поля зависит от полного электрического тока, равного сумме тока проводимости и тока смещения. По определению, плотность тока смещения
— векторная величина, пропорциональная скорости изменения электрического поля
во времени:
Дело в том, что при изменении электрического поля, также как и при протекании тока, происходит генерация магнитного поля, что делает эти два процесса похожими друг на друга. Кроме того, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Например, при зарядке и разрядке конденсатора, несмотря на то, что между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, говорят о протекании через него тока смещения, переносящего некоторую энергию и своеобразным образом замыкающего электрическую цепь. Ток смещения
в конденсаторе определяется по формуле:
,
где
— заряд на обкладках конденсатора,
— электрическое напряжение в между обкладками,
— электрическая ёмкость конденсатора.
Ток смещения не является электрическим током, поскольку не связан с перемещением электрического заряда.
Регулируемые источники
Регулируемый источник состоит из таких компонентов:
- понижающий трансформатор;
- выпрямитель;
- сглаживающий фильтр (устраняет пульсации);
- стабилизатор постоянного напряжения.
Стабилизатор постоянного напряжения — интегральная микросхема, поддерживающая выходное напряжение на одном уровне, независимо от его колебаний на входе.
Колебаний обусловленных перепадами напряжения в электросети, изменением тока нагрузки или температуры. Блоки с такими стабилизаторами называют регулируемыми.
Сегодня распространены импульсные блоки питания, они состоят из таких компонентов:
- входной выпрямитель;
- инвертор;
- понижающий высокочастотный трансформатор;
- выходной выпрямитель.
Инвертор превращает предварительно выпрямленный ток снова в переменный, но при этом значительно повышает его частоту — до 10-15 кГц. При такой частоте, габариты трансформатора и потери в нем значительно сокращаются. Инвертор состоит из ключевых транзисторов, управляемых микросхемой.
Этот же принцип реализован в сварочных инверторах, чем и объясняется их компактность.
Существует множество микросхем-стабилизаторов с разными свойствами. К примеру, микросхема LM317 рассчитана на ток до 1,5 А и позволяет регулировать напряжение на выходе. Более мощный стабилизатор — микросхема LM350.
Основные типы проводников
В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием силы, как правило разности электрических потенциалов, приходят в движение и создают электрический ток. Вольтамперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).
Металлы — здесь носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа.
Плазма — ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, которые образуются под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и (или) нагревания.
Электролиты — жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока. Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации. При нагревании сопротивление электролитов падает из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются, оседая на них. Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.
Существует также электрический ток электронов в вакууме, который используется в электронно-лучевых приборах.
Работа источника тока
Перемещая электрические заряды по участку цепи, электрический ток выполняет работу. Она складывается из работы кулоновских сил и работы сторонних сил:
А = Акул + Астор.
Работа источника – это работа сторонних сил по переносу электрических зарядов вдоль проводника в течение времени:
Аист = Астор = ε * I * t,
где:
- ε – ЭДС (В);
- I – ток (А);
- t – время (с).
Работа электротока определяет степень превращения электроэнергии в её другие формы.
Электрические токи в природе
Молния
Атмосферное электричество — электричество, которое содержится в воздухе. Впервые показал присутствие электричества в воздухе и объяснил причину грома и молнии Бенджамин Франклин.
В дальнейшем было установлено, что электричество накапливается в сгущении паров в верхних слоях атмосферы, и указаны следующие законы, которым следует атмосферное электричество:
- при ясном небе, так же как и при облачном, электричество атмосферы всегда положительное, если на некотором расстоянии от места наблюдения не идёт дождь, град или снег;
- напряжение электричества облаков становится достаточно сильным для выделения его из окружающей среды лишь тогда, когда облачные пары сгущаются в дождевые капли, доказательством чего может служить то, что разрядов молний не бывает без дождя, снега или града в месте наблюдения, исключая возвратный удар молнии;
- атмосферное электричество увеличивается по мере возрастания влажности и достигает максимума при падении дождя, града и снега;
- место, где идёт дождь, является резервуаром положительного электричества, окружённым поясом отрицательного, который, в свою очередь, заключён в пояс положительного. На границах этих поясов напряжение равно нулю.
Движение ионов под действием сил электрического поля формирует в атмосфере вертикальный ток проводимости со средней плотностью, равной около (2÷3)·10−12 А/м².
Полный ток, текущий на всю поверхность Земли, при этом составляет приблизительно 1800 А.
Молния является естественным искровым электрическим разрядом. Была установлена электрическая природа полярных сияний. Огни святого Эльма — естественный коронный электрический разряд.
Биотоки — движение ионов и электронов играет весьма существенную роль во всех жизненных процессах. Создаваемый при этом биопотенциал существует как на внутриклеточном уровне, так и у отдельных частей тела и органов. Передача нервных импульсов происходит при помощи электрохимических сигналов. Некоторые животные (электрические скаты, электрический угорь) способны накапливать потенциал в несколько сот вольт и используют это для самозащиты.
Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора
Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:
Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC — метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.
Цепляем его к диодному мосту по схеме выше
И цепляемся осциллографом:
Смотрим осциллограмму:
Как вы видите, пульсации все равно остались.
Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.
Получаем 0,226 микрофарад.
Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.
А вот собственно и осциллограмма
Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.
Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.
Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.
А вот собственно и она
Ну вот. Совсем ведь другое дело!
Итак, сделаем небольшие выводы:
— чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.
— чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.
Применение
При изучении электрического тока было обнаружено множество его свойств, которые позволили найти ему практическое применение в различных областях человеческой деятельности, и даже создать новые области, которые без существования электрического тока были бы невозможны. После того, как электрическому току нашли практическое применение, и по той причине, что электрический ток можно получать различными способами, в промышленной сфере возникло новое понятие — электроэнергетика.
Электрический ток используется как носитель сигналов разной сложности и видов в разных областях (телефон, радио, пульт управления, кнопка дверного замка и так далее).
В некоторых случаях появляются нежелательные электрические токи, например блуждающие токи или ток короткого замыкания.
Использование электрического тока как носителя энергии
- получения механической энергии во всевозможных электродвигателях,
- получения тепловой энергии в нагревательных приборах, электропечах, при электросварке,
- получения световой энергии в осветительных и сигнальных приборах,
- возбуждения электромагнитных колебаний высокой частоты, сверхвысокой частоты и радиоволн,
- получения звука,
- получения различных веществ путём электролиза, зарядка электрических аккумуляторов. Здесь электромагнитная энергия превращается в химическую,
- создания магнитного поля (в электромагнитах).
Использование электрического тока в медицине
Электрофорез
- диагностика — биотоки здоровых и больных органов различны, при этом бывает возможно определить болезнь, её причины и назначить лечение. Раздел физиологии, изучающий электрические явления в организме называется электрофизиология. Электроэнцефалография — метод исследования функционального состояния головного мозга.
- Электрокардиография — методика регистрации и исследования электрических полей при работе сердца.
- Электрогастрография — метод исследования моторной деятельности желудка.
- Электромиография — метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах.
Источники питания
Для питания той или иной аппаратуры необходимо использование специальных средств — источников постоянного тока. Такие приборы, также называемые блоками питания, есть практически в любых электронных средствах, начиная с телевизоров и заканчивая зарядными устройствами для телефона.
Классифицировать такие источники можно следующим образом:
- Гальванические элементы. Это привычные всем аккумуляторные батареи, которые работают с помощью химической реакции, происходящей внутри батареи.
- Генераторы. Устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции.
- Выпрямители. Наиболее применяемые устройства в бытовой электронной аппаратуре. Они преобразуют переменный электроток из розетки в постоянный.
Данную классификацию можно разделить и на другие подкатегории, более специфические и универсальные. Выбор источника питания основывается на типе эксплуатации прибора, где он будет использоваться.
Электробезопасность
Предупреждение по электробезопасности
Включает в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование. Тело человека является проводником электрического тока. Сопротивление человека при сухой и неповрежденной коже колеблется от 3 до 100 кОм.
Ток, пропущенный через организм человека или животного, производит следующие действия:
- термическое (ожоги, нагрев и повреждение кровеносных сосудов);
- электролитическое (разложение крови, нарушение физико-химического состава);
- биологическое (раздражение и возбуждение тканей организма, судороги)
- механическое (разрыв кровеносных сосудов под действием давления пара, полученного нагревом током крови)
Основным фактором, обуславливающим исход поражения током, является величина тока, проходящего через тело человека. По технике безопасности электрический ток классифицируется следующим образом:
- »безопасным» считается ток, длительное прохождение которого через организм человека не причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений, его величина не превышает 50 мкА (переменный ток 50 Гц) и 100 мкА постоянного тока;
- »минимально ощутимый» человеком переменный ток составляет около 0,6—1,5 мА (переменный ток 50 Гц) и 5—7 мА постоянного тока;
- пороговым »неотпускающим» называется минимальный ток такой силы, при которой человек уже неспособен усилием воли оторвать руки от токоведущей части. Для переменного тока это около 10—15 мА, для постоянного — 50—80 мА;
- »фибрилляционным порогом» называется сила переменного тока (50 Гц) около 100 мА и 300 мА постоянного тока, воздействие которого дольше 0,5 с с большой вероятностью вызывает фибрилляцию сердечных мышц. Этот порог одновременно считается условно смертельным для человека.
В России в соответствии c Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (Приказ Минэнерго РФ от 13.01.2003 № 6 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей») и Правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок (Приказ Минэнерго РФ от 27.12.2000 N 163 «Об утверждении Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок»), установлено 5 квалификационных групп по электробезопасности в зависимости от квалификации и стажа работника и напряжения электроустановок.
Напряжение, ток и сопротивление
Электричество, проходящее через провод или другой проводник, характеризуется напряжением U, током I и сопротивлением R. Напряжение является потенциальной энергией. Ток представляет собой поток электронов в проводнике, а сопротивление – силу его трения.
Хороший способ представить постоянный электрический ток – это провести аналогию с водой, текущей по шлангу. Напряжение представляет собой потенциал, нарастающий на одном конце провода из-за избытка отрицательно заряженных электронов. Это похоже на повышенное давления воды в шланге. Потенциал заставляет электроны двигаться через провод в область положительного заряда. Эта потенциальная энергия называется напряжением и измеряется в вольтах.
Постоянный электрический ток – это поток электронов, измеряемый в амперах. Он подобен скорости движения воды по шлангу.
Ом является единицей измерения электрического сопротивления. Атомы проводника расположены так, что электроны будут проходить с небольшим трением. В изоляторах или плохих проводниках атомы оказывают сильное сопротивление или препятствуют перемещению заряженных частиц. Это аналогично трению воды в шланге при прохождении через него.
Таким образом, напряжение подобно давлению, расход – току и гидравлическое сопротивление – электрическому.
Вычисление U, I, R
Электрическое напряжение постоянного тока при известных токе и сопротивлении можно найти по формуле U = I × R. Например, если I = 0,2 А и R = 1000 Ом, то U = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В.
Если известны напряжение и сопротивление, ток можно вычислить с помощью уравнения I = V / R. Например, если U = 110 В и R = 22000 Ом, то I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А.
Если известны напряжение и ток, то R = V / I. Если V = 220 В и I = 5 А, то R = 220 В / 5 А = 44 Ом.
Таким образом, закон Ома показывает зависимость между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Он может применяться к цепям как постоянного, так и переменного тока.
Приложения
Бытовые и коммерческие здания
Этот символ может быть представлен Unicode персонаж U +2393 (⎓) встречается на многих электронных устройствах, которые требуют или вырабатывают постоянный ток.
DC обычно встречается во многих сверхнизкое напряжение приложения и некоторые низкое напряжение приложений, особенно если они работают на батареи или же солнечная энергия системы (так как оба могут производить только DC).
Наиболее электронный цепи требуют постоянного тока источник питания.
Бытовые установки постоянного тока обычно имеют разные типы Розетки, разъемы, переключатели, и приспособления от тех, которые подходят для переменного тока. В основном это связано с более низкими напряжениями, что приводит к более высоким токам для получения того же количества энергии. мощность.
Обычно при работе с электроприборами постоянного тока важно соблюдать полярность, если только устройство не имеет диодный мост исправить это.
EMerge Alliance — открытая отраслевая ассоциация, разрабатывающая стандарты распределения электроэнергии постоянного тока в гибридные дома и коммерческие здания.
Автомобильная промышленность
В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток. An автомобильный аккумулятор обеспечивает питание для запуска двигателя, освещения и системы зажигания. В генератор это устройство переменного тока, которое использует выпрямитель производить постоянный ток для зарядки аккумуляторов. Большинство легковых автомобилей на шоссе номинально используют 12 системы. Многие тяжелые грузовики, сельскохозяйственная техника или землеройная техника с Дизельные двигатели используйте системы на 24 В. В некоторых старых автомобилях использовалось 6 В, например, в оригинальном классический Volkswagen Beetle. В какой-то момент Электрическая система 42 В рассматривался для автомобилей, но нашел мало применения. Для экономии веса и экономии провода металлический каркас автомобиля часто подключается к одному полюсу батареи и используется в качестве обратного проводника в цепи. Часто отрицательный полюс является заземлением шасси, но положительный полюс может использоваться в некоторых колесных или морских транспортных средствах.
Телекоммуникации
Обмен телефонами для коммуникационного оборудования используется стандартный источник питания –48 В. Отрицательная полярность достигается заземление положительный вывод системы питания и аккумулятор банк. Это сделано для предотвращения электролиз отложения. В телефонных установках используется система батарей, обеспечивающая поддержание питания абонентских линий во время перебоев в подаче электроэнергии.
Другие устройства могут получать питание от телекоммуникационной системы постоянного тока с использованием Преобразователь постоянного тока в постоянный обеспечить любое удобное напряжение.
Много телефоны подключиться к витая пара проводов и используйте косой тройник чтобы внутренне отделить переменную составляющую напряжения между двумя проводами (звуковой сигнал) от постоянной составляющей напряжения между двумя проводами (используемой для питания телефона).
Передача электроэнергии высокого напряжения
Основная статья: Постоянный ток высокого напряжения
В системах передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC) постоянный ток используется для основной передачи электроэнергии, в отличие от более распространенных систем переменного тока. Для передачи на большие расстояния системы HVDC могут быть менее дорогими и иметь более низкие электрические потери.
Другой
Приложения, использующие топливные элементы (смешивание водорода и кислорода вместе с катализатором для производства электроэнергии и воды в качестве побочных продуктов) также производят только постоянный ток.
Электрические системы легких самолетов обычно имеют напряжение 12 В или 24 В постоянного тока, аналогичные автомобильным.
Последовательное и параллельное подключение
В электроцепи несколько устройств, таких как лампочки, могут соединяться в одну линию между положительным и отрицательным полюсами батареи. Такое подключение называется последовательным. Одной из проблем такой компоновки является то, что в случае перегорания одной лампочки она действует как выключатель и отключает всю цепь.
Приемники также могут соединяться параллельно, так что, если какая-либо лампа погаснет, цепь не будет обесточена. Параллельная схема включения используется не только в елочных гирляндах — электропроводка в домах тоже проводится параллельно. Поэтому освещение и приборы можно включать и выключать независимо друг от друга.
Естественное электричество
Если начать издалека, то очевидно, что электрические разряды встречаются в природе. Первым на ум приходит грозовой разряд — молния. Это связано с тем, что его можно увидеть, он несёт угрозу, и людей с детства учат, как вести себя в грозу.
Краткая физика грозы — наличие разности потенциалов между землей и тучей, либо между тучами. Причем, о том, что суть молнии — это электрический разряд, а не гнев богов, было сказано лишь в 18 веке Бенджамином Франклином. Молнии не есть прерогатива планеты Земля — встречаются они и на других планетах, а значит явление это всеохватывающее, вселенского масштаба.
За долгие века до Франклина, человек, известный как Фалес, вырабатывал электричество между янтарной палочкой и шерстью. Тогда правда он не понимал, что это электроны, так как их открыли позже. Он просто видел, что после трения, мелкие предметы притягивались к палочке. Та самая эбонитовая палочка, с названия которой вы хохотали в школе на уроках физики. Возможно он считал, что это суть явление магнетизма, а не электричества.
Электричество встречается и в живых существах. Например, рыбы: электрические скаты, угри, африканские сомы. Величина напряжения у данных особей может доходить до 600 вольт, а сила тока превышать десятки ампер. Также известны рыбы с электрической локацией (клюворылообразные). У наземных созданий молнии вроде не вырываются, кроме разве мультипликационного Пикачу.
Ну и естественно атомы — ядро, протоны, электроны, нейтроны. Протоны это положительно заряженные частицы, электроны — отрицательно. Упорядоченное движение электронов — это ток. Но ток не течет, так как число протонов уравновешено числом электронов. Если же это равенство нарушается, то вещество имеет заряд. Тоже электричество. Все эти мозговые импульсы, мышечные сокращения, да и статическое электричество в конце-концов.
Всё вышеописанное конечно интересно, но имеет мало практического применения. Не будем же мы заставлять скатов бить разрядом по лампочкам, чтобы у нас был свет.
История
Дальнейшая информация: История передачи электроэнергии
Центральная электростанция Brush Electric Company с динамомашинами, вырабатывающими постоянный ток для питания дуговых ламп для общественного освещения в Нью-Йорке. Он начал работу в декабре 1880 года по адресу 133 West Twenty-Fifth Street. Высокое напряжение, при котором он работал, позволял ему питать цепь длиной 2 мили (3,2 км).[4]
Постоянный ток был произведен в 1800 году итальянским физиком. Алессандро Вольтабатарея, его Гальваническая свая.[5] Природа того, как течет ток, еще не была понята. Французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что ток движется в одном направлении от положительного к отрицательному.[6] Когда французский производитель инструментов Ипполит Пиксий построил первый динамо-электрический генератор в 1832 году он обнаружил, что, когда используемый магнит каждые пол-оборота проходил через петли из проволоки, он заставлял электрический ток реверсировать, создавая переменный ток.[7] По предложению Ампера Pixii позже добавила коммутатор, тип «переключателя», в котором контакты на валу работают вместе с «щеточными» контактами, создавая постоянный ток.
В конце 1870-х — начале 1880-х годов электричество начали вырабатывать в энергостанции. Первоначально они были настроены на власть дуговое освещение (популярный тип уличного освещения), работающие от постоянного или переменного тока очень высокого напряжения (обычно выше 3000 вольт).[8] За этим последовало широкое распространение низковольтного постоянного тока для внутреннего электрического освещения в офисах и жилых домах. Томас Эдисон выпустил свою электрическую лампу накаливания »полезность»в 1882 году. Из-за значительных преимуществ переменного тока перед постоянным при использовании трансформаторы Чтобы повышать и понижать напряжения, чтобы обеспечить гораздо большие расстояния передачи, постоянный ток в течение следующих нескольких десятилетий был заменен переменным током в системе подачи энергии. В середине 1950-х гг. постоянный ток высокого напряжения была разработана трансмиссия, которая теперь является вариантом вместо систем переменного тока высокого напряжения на большие расстояния. Для подводных кабелей на большие расстояния (например, между странами, такими как NorNed), этот вариант постоянного тока — единственный технически осуществимый вариант. Для приложений, требующих постоянного тока, таких как третий рельс в энергосистемах переменный ток распределяется по подстанции, которая использует выпрямитель для преобразования мощности в постоянный ток.
