У савременом свету, свака особа је од детињства била изложена струји. Прво помињање овог природног феномена датира из времена филозофа Аристотела и Талеса, који су били заинтригирани задивљујућим и мистериозним својствима електричне струје. Али тек у 17. веку велики научни умови започели су серију открића у вези са електричном енергијом која се наставља до данас.
Откриће електричне струје и стварање првог генератора на свету од стране Мајкла Фарадаја 1831. радикално су променили људски живот. Навикли смо да нам живот олакшавају уређаји који користе електричну енергију, али до сада већина људи нема разумевања за овај важан феномен. За почетак, да бисмо разумели основне принципе електричне енергије, потребно је проучити две основне дефиниције: електричну струју и напон.
Садржај
Шта је електрична струја и напон
Електрична енергија је уређено кретање наелектрисаних честица (носиоци електричног набоја). Носиоци електричне струје су електрони (у металима и гасовима), катјони и ањони (у електролитима), рупе при проводљивости електрон-рупа. Ова појава се манифестује стварањем магнетног поља, променом хемијског састава или загревањем проводника. Главне карактеристике струје су:
- јачина струје, одређена Омовим законом и мерена у амперима (АЛИ), у формулама се означава словом И;
- снага, према Јоуле-Ленз закону, мерена у ватима (уто), означен словом П;
- фреквенција, мерена у херцима (Хз).
Електрична струја, као носилац енергије, користи се за добијање механичке енергије помоћу електромотора, за добијање топлотне енергије у апаратима за грејање, електрично заваривање и грејачи, за побуђивање електромагнетних таласа различитих фреквенција, за стварање магнетног поља у електромагнетима и за добијање светлости. енергије у расветним тијелима и разним врстама лампи. .
Волтажа је рад електричног поља да помери наелектрисање од 1 привеска (Цл) од једне тачке проводника до друге. На основу ове дефиниције, још увек је тешко разумети шта је стрес.
Да би се наелектрисане честице кретале са једног пола на други, потребно је створити разлику потенцијала између ових полова (То је оно што се зове напетост.). Јединица за напон је волт (АТ).
Да бисмо коначно разумели дефиницију електричне струје и напона, може се дати занимљива аналогија: замислите да је електрични набој вода, тада је притисак воде у стубу напон, а брзина протока воде у цеви је јачина електричне струје. Што је напон већи, то је већа електрична струја.
Шта је наизменична струја
Ако промените поларитет потенцијала, онда се мења смер тока електричне струје. Ова струја се зове променљива. Број промена смера током одређеног временског периода назива се фреквенција и мери се, као што је горе поменуто, у херцима (Хз). На пример, у стандардној електричној мрежи код нас фреквенција је 50 Хз, односно смер кретања струје се мења 50 пута у секунди.
Шта је једносмерна струја
Када уређено кретање наелектрисаних честица увек има само један смер, онда се таква струја назива константном. Једносмерна струја се јавља у мрежи константног напона када је поларитет наелектрисања на једној и другој страни константан током времена. Веома често се користи у разним електронским уређајима и технологији, када није потребан пренос енергије на велике удаљености.
Извори електричне струје
Извор електричне струје обично се назива уређај или уређај помоћу којег се може створити електрична струја у колу. Такви уређаји могу створити и наизменичну струју и једносмерну струју. Према начину стварања електричне струје деле се на механичке, светлосне, термичке и хемијске.
Механички Извори електричне струје претварају механичку енергију у електричну енергију.Ова опрема је различитих врста. генератори, који услед ротације електромагнета око завојнице асинхроних мотора производе наизменичну електричну струју.
светлости извори претварају енергију фотона (светлосна енергија) у електричну енергију. Они користе својство полупроводника да производе напон када су изложени светлосном флуксу. Соларни панели су један од таквих уређаја.
Тхермал - претварају топлотну енергију у електричну због температурне разлике између два пара контактних полупроводника - термопарова. Величина струје у таквим уређајима је директно повезана са температурном разликом: што је већа разлика, то је већа јачина струје. Такви извори се користе, на пример, у геотермалним електранама.
Хемијски струјни извор производи електричну енергију као резултат хемијских реакција. На пример, такви уређаји укључују различите врсте галванских батерија и акумулатора. Извори струје засновани на галванским ћелијама обично се користе у самосталним уређајима, аутомобилима, техници и представљају изворе једносмерне струје.
АЦ у ДЦ конверзија
Електрични уређаји у свету користе једносмерну и наизменичну струју. Због тога постоји потреба да се једна струја претвори у другу или обрнуто.
Од наизменичне струје, једносмерна струја се може добити помоћу диодног моста или, како се још назива, "исправљача". Језгро исправљача је полупроводничка диода која проводи струју само у једном правцу. Након ове диоде струја не мења свој правац, али се појављују таласи, који се елиминишу уз помоћ кондензатори и други филтери. Исправљачи су доступни у механичким, електровакуумским или полупроводничким верзијама.
У зависности од квалитета израде таквог уређаја, таласање струје на излазу имаће другачију вредност, по правилу, што је уређај скупљи и квалитетнији, то је мање таласање и струја чистија. Пример таквих уређаја су Напајања разни уређаји и пуњачи, исправљачи електроенергетских постројења у разним видовима транспорта, апарати за једносмерно заваривање и др.
Инвертори се користе за претварање једносмерне струје у наизменичну струју. Такви уређаји генеришу наизменични напон са синусоидом. Постоји неколико врста таквих уређаја: претварачи са електромоторима, релејни и електронски. Сви се разликују једни од других по квалитету излазне наизменичне струје, цени и величини. Пример таквог уређаја су беспрекидна напајања, претварачи у аутомобилима или, на пример, у соларним електранама.
Где се користи и које су предности наизменичне и једносмерне струје
Различити задаци могу захтевати коришћење и наизменичне и једносмерне струје. Свака врста струје има своје предности и мане.
Наизменична струја најчешће се користи када постоји потреба за преносом струје на велике удаљености. Такву струју је сврсисходније пренети са становишта могућих губитака и трошкова опреме. Због тога већина електричних уређаја и механизама користи само ову врсту струје.
Стамбене куће и предузећа, инфраструктура и саобраћајни објекти налазе се на удаљености од електрана, тако да су све електричне мреже наизменичне струје. Такве мреже напајају све кућне апарате, индустријску опрему, локомотиве возова. Постоји невероватан број уређаја који раде на наизменичну струју и много је лакше описати оне уређаје који користе једносмерну струју.
Д.Ц користи се у аутономним системима, као што су системи аутомобила, авиона, бродова или електричних возова. Широко се користи у напајању микро кола различите електронике, у комуникационој и другој опреми, где је потребно минимизирати количину сметњи и таласања или их потпуно елиминисати. У неким случајевима, таква струја се користи у електричном заваривању уз помоћ инвертера. Постоје чак и железничке локомотиве које раде на ДЦ системима. У медицини се таква струја користи за уношење лекова у тело помоћу електрофорезе, ау научне сврхе за одвајање различитих супстанци (електрофореза протеина итд.).
Ознаке на електричним уређајима и дијаграмима
Често постоји потреба да се утврди на којој струји уређај ради. На крају крајева, повезивање уређаја који ради на једносмерној струји на електричну мрежу наизменичне струје неизбежно ће довести до непријатних последица: оштећења уређаја, пожара, струјног удара. За ово постоје општеприхваћени конвенције за такве системе па чак и кодирање жица у боји.
Конвенционално, на електричним уређајима који раде на једносмерној струји, означени су једна линија, две пуне линије или пуна линија заједно са испрекиданом линијом, која се налази једна испод друге. Такође, таква струја је означена ознаком латиничним словима ДЦ. Електрична изолација жица у ДЦ системима за позитивну жицу је обојена црвено, негативна жица плавом или црном.
На електричним апаратима и машинама, наизменична струја је означена енглеском скраћеницом АЦ или таласаста линија. На дијаграмима и у опису уређаја то је такође означено са две линије: пуне и таласасте, које се налазе једна испод друге. Проводници су у већини случајева означени на следећи начин: фаза је браон или црна, нула је плава, а земља је жуто-зелена.
Зашто се чешће користи наизменична струја
Изнад смо већ говорили о томе зашто се наизменична струја тренутно користи чешће од једносмерне струје. Па ипак, погледајмо ово питање детаљније.
Дебата о томе коју струју је боље користити траје још од открића у области електричне енергије. Постоји чак и тако нешто као „рат струја“ – конфронтација између Томаса Едисона и Николе Тесле за коришћење једне од врста струје. Борба између следбеника ових великих научника трајала је до 2007. године, када је град Њујорк пребачен на наизменичну струју са једносмерне струје.
Највећи разлог зашто се АЦ чешће користи је зато што способност преноса на велике удаљености уз минималне губитке. Што је растојање између извора струје и крајњег потрошача веће, отпор је већи жице и топлотних губитака за њихово загревање.
Да бисте добили максималну снагу, потребно је повећати или дебљину жица (и тиме смањити отпор), или повећати напон.
У системима наизменичне струје можете повећати напон са минималном дебљином жица, чиме се смањују трошкови електричних водова. За системе са једносмерном струјом не постоје приступачни и ефикасни начини повећања напона, па је за такве мреже потребно или повећати дебљину проводника, или изградити велики број малих електрана. Обе ове методе су скупе и значајно повећавају цену електричне енергије у поређењу са мрежама наизменичне струје.
Уз помоћ електричних трансформатора, напон наизменичне струје је ефикасан (са ефикасношћу до 99%) може се мењати у било ком правцу од минималних до максималних вредности, што је такође једна од битних предности АЦ мрежа. Употреба трофазног система наизменичне струје додатно повећава ефикасност, а машине као што су мотори који раде на наизменичну струју су много мање, јефтиније и лакше се одржавају од ДЦ мотора.
На основу наведеног, можемо закључити да је употреба наизменичне струје корисна у великим мрежама и при преносу електричне енергије на велике удаљености, а за тачан и ефикасан рад електронских уређаја и за аутономне уређаје препоручљиво је користити једносмерну струју.
Слични чланци:
