Переменное и постоянное напряжение в чем разница

Содержание

Хотя электрические приборы мы каждый день используем в повседневной жизни, не каждый может ответить, чем отличается переменный ток от постоянного, несмотря на то, что об этом рассказывается в рамках школьной программы. Поэтому имеет смысл напомнить основные догматы.

Физический процесс, при котором заряженные частицы движутся упорядоченно (направленно), называется электротоком. Его принято разделять на переменный и постоянный. У первого направление и величина остаются неизменными, а у второго эти характеристики меняются по определенной закономерности.

Приведенные определения сильно упрощены, хотя и объясняют разницу между постоянным и переменным электротоком. Для лучшего понимания, в чем заключается это различие, необходимо привести графическое изображение каждого из них, а также объяснить, как образуется переменная электродвижущая сила в источнике. Для этого обратимся к электротехнике, точнее ее теоретическим основам.

Источники ЭДС

Источники электротока любого рода бывают двух видов:

первичные, с их помощью происходит генерация электроэнергии путем превращения механической, солнечной, тепловой, химической или другой энергии в электрическую;
вторичные, они не генерируют электроэнергию, а преобразуют ее, например, из переменной в постоянную или наоборот.

Единственным первичным источником переменного электротока является генератор, упрощенная схема такого устройства показана на рисунке.

Обозначения:

1 – направление вращения;
2 – магнит с полюсами S и N;
3 – магнитное поле;
4 – проволочная рамка;
5 – ЭДС;
6 – кольцевые контакты;
7 – токосъемники.

Чем отличаются электротоки

Вероятно, самый знакомый постоянный электроток — это батарея сухих элементов, а самый знакомый переменный электроток – это розетка в доме, которой каждый из нас пользуется ежедневно.

Что такое — постоянный электроток? Если объяснять простыми словами для так называемых «чайников», то это вид электричества, которое всегда течет в определенном направлении, как при течении реки. Таким является поток электроэнергии от аккумуляторов и солнечных батарей.

С другой стороны, переменный электроток — это вид электричества, при котором положительные и отрицательные заряды всегда циклически переключаются, направление потока электроэнергии также постоянно меняется соответствующим образом. Переменный электрический ток вырабатывается генераторами. Электроэнергия, получаемая на электростанциях, также подается потребителям в виде переменного электротока.

Разница. Переменное/постоянное напряжение.

Схема появления электротока в домашних розетках

В источнике постоянного тока всегда поддерживается постоянное электронапряжение. Чем дольше используются сухие элементы и аккумуляторные батареи, тем больше они разряжаются и их запас напряжения уменьшается, но направление напряжения остается неизменным.

Источник переменного тока обеспечивает электронапряжение, меняющееся от положительного до отрицательного в определенном цикле.

Чем отличается переменный ток от постоянного, демонстрируют графики, представленные на рисунке ниже.

Графики электротока разных видов

Постоянный или переменный ток никак не превосходят друг друга, у каждого вида свои положительные и отрицательные стороны. В зависимости от цели использования электроэнергии и оборудования выбирается источник тока, наиболее соответствующий требованиям. И постоянный, и переменный электроток имеет свою сферу применения.

Плюсы и минусы постоянного электротока

При постоянном все электричество проходит через нагрузку, поскольку ток всегда течет в одном направлении. Таким образом, реактивная мощность не генерируется, энергия используется эффективно. Еще преимущество постоянного тока в том, что его можно накапливать, используя батареи, аккумуляторы и конденсаторы.

При переменном электротоке, если в цепь включен конденсатор или катушка, будет наблюдаться задержка или опережение тока, протекающего через нагрузку, по отношению к поведению напряжения. Проще говоря, в этих компонентах при прохождении переменного тока возникает реактивное сопротивление. В результате на выполнение полезной работы тратится не вся мощность оборудования, некоторая ее часть, которая называется реактивной, бесполезно перемещается между нагрузкой и генератором.

Реактивную мощность стараются сделать минимальной. Ее наличие часто используют, как основной аргумент, когда пытаются объяснить, какими преимуществами обладает переменный ток по сравнению с постоянным.

Нельзя не отметить, что постоянный электроток имеет определенные недостатки. Одним из них является сложность прерывания. Поскольку постоянный электроток — это всегда постоянное электронапряжение, то в момент прерывания могут возникнуть проблемы, такие как дуга (искрение) и риск поражения электрическим током в окружающем пространстве.

Главная особенность постоянного электротока

В случае переменного электротока электронапряжение кратковременно уменьшается до нуля при его переключении с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное значение. Если электронапряжение направлено на низкий уровень, электроток может быть прерван более безопасно, чем при постоянном электронапряжении.

Как постоянное, так и переменное напряжение часто бывает необходимо повысить или понизить. Преобразование переменного осуществляется легко и непринужденно с помощью трансформаторов. Чтобы это сделать с постоянным, нужно его сначала преобразовать в переменное, а затем назад в постоянное, но уже с другими параметрами. В результате оборудование для преобразования постоянного напряжения является более крупным и дорогостоящим, чем для переменного.

Еще одним недостатком постоянного электротока является то, что подземные трубы, используемые для передачи электроэнергии, подвержены сильной коррозии. Поскольку электричество всегда течет в одном направлении с постоянным электротоком, электростатическая индукция и электролитическая коррозия вызывают повреждение передающего оборудования.

Следовательно, можно выделить такие преимущества постоянного электротока:

Отсутствие опережения или задержки в электроцепи.
Реактивная мощность не генерируется.
Возможность накапливания электроэнергии.

Определившись с преимуществами, среди недостатков следует отметить:

Сложность прерывания электротока.
Сложность преобразования напряжения.
Сильное действие электролитической коррозии.

В обычных домашних хозяйствах используется переменный электроток, а в электронном оборудовании, например, компьютерах, телевизорах — постоянный электроток. Необходимый для работы подобного оборудования переменный электроток из розетки в квартире преобразуется в постоянный с помощью конденсатора или аналогичного устройства. Однако в центрах обработки данных продвигаются источники питания постоянного электротока, чтобы снизить потери при преобразовании переменного электротока в постоянный.

Основные отличия электротоков

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

в питании большинства бытовых приборов;
в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
для питания электроники автомобилей;
на кораблях и подводных лодках;
в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток — alternating current (AC). Постоянный ток — direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе — отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 — это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Плюсы и минусы

В самом упрощенном представлении (для чайников) разница между постоянным и переменным током состоит в возможности получения, накопления и пользования первого из второго. Таким способом идет подзарядка всех современных бытовых приборов – мобильника, ноутбука, бесперебойника котла и т. д.

На заметку! Независимо от того насколько истощен источник постоянного тока, направление движения заряженных частиц в подключенной к нему цепи останется неизменным.

Постоянный электроток обладает таким рядом преимуществ:

Отсутствие реактивной мощности в цепи, более продуктивный расход энергии.
Эффективная аккумуляция электроэнергии – с помощью АКБ и конденсаторов.
Нет задержки или опережения в электроцепи.

Помимо плюсов имеются также некоторые недостатки:

Возникновение искрения или замыкании при прерывании цепи – ввиду наличия постоянного напряжения. Это исключено в цепи переменного тока, так как отключение возможно в момент падения характеристики до нуля во время колебаний при смене полярности.
Сложность повышения и понижения потенциала. Для подобного преобразования ток сначала требуется перевести в переменный, затем с заданными параметрами обратно в постоянный. Для этого потребуется дорогое оборудование.
Усиление электрохимической коррозии при сопутствующих условиях, например, для элементов подземной коммуникации.

Зачастую бытовые приборы работают на постоянном электричестве. Подключаются они при этом от бытовой переменной сети, но в своей конструкции имеют специальный преобразователь для получения тока заданных характеристик.

Применение переменного электротока имеет такой ряд положительных особенностей:

Возможность транспортировки электроэнергии на большие дистанции с минимальной потерей.
Доступность преобразования параметров электротока в любом требуемом значении.
Простота подключения электрооборудования – ввиду отсутствия полярности. Вилку в розетку можно воткнуть любой стороной, чего нельзя сделать в сети постоянного тока.
Безопасное прерывание электропитания.

Недостатки переменной электросети проявляются в следующем:

Возникновение реактивной мощности, из-за чего возрастает расход энергии.
Поверхностное вытеснение заряда в проводнике, что снижает полезную площадь сечения, увеличивает сопротивление и приводит к потерям мощности.
Необходимость повышения напряжения на линиях электропередач, длиной свыше 500 км.

Видео описание

Видео-урок о том, чем отличается постоянный ток от переменного:

Обратите внимание! Эффективность эксплуатации переменного тока улучшается при переходе к 3-х-фазным сетям. Требуется меньше проводов, упрощается устройство моторов, уменьшаются размеры трансформаторов.

В чем разница между постоянным и переменным током

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через .

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Чем отличается переменный ток от постоянного, использование диодного моста, виды тока.

Из самого названия можно понять, что в одном типе электрического тока имеется какое-то постоянство, а в другом типе – преобладает изменчивость. Но, чтобы лучше понять саму природу этих разновидностей электрической энергии давайте заглянем внутрь электрофизических процессов. Итак, а что собой вообще представляет электрический ток? В книгах дается следующее определение – это упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Дело в том, что если заглянуть внутрь любого вещества, то окажется что оно состоит из очень маленьких частиц, называемые атомами. Модель атома похожа на нашу солнечную систему. В центре находится ядро (состоящее из протонов и нейтронов), а вокруг ядра с огромной скоростью вращаются электроны. Ядро имеет положительный заряд, а электрон – отрицательный.

У некоторых веществ электроны могут отрываться от ядра и переходить на соседний атом. Такие электроны (что оторвались) принято называть свободными. Именно благодаря им может создаваться электрический ток. То есть, если возникнет такая сила, которая может заставить все эти свободные электроны одновременно начать двигаться в одном направлении, то мы и получим ток электронов в веществе. Такие вещества, как можно было догадаться, являются проводниками электричества. Вещества, где нет свободных электронов, называются диэлектриками, они не способны проводить через себя ток. Сила, которая упорядочивает электроны и создает из движение – это внешнее электромагнитное поле, создаваемое извне (постоянные магниты и электромагниты).

Если движение электрически заряженных частиц имеет только одно направление, и при этом величина электрического напряжения также постоянна, то это и есть постоянный ток.

Если движение зарядов периодически меняет свое направление (движется то в одну сторону по проводнику, то в обратную), то это уже переменный ток. Поскольку происходит переполюсовка движения электрических зарядов, то и величина напряжения также изменяется.

Обычный переменный ток имеет синусоидальную форму и стандартную частоту 50 Гц. Это значит, что поток электронов за одну секунду меняет свое направление аж 50 раз. При этом напряжение имеет форму окружности, которая вначале плавно увеличивается, а дойдя до своего пика так же плавно уменьшается до нуля, потом меняет полярность и повторяет форму своего движения.

Где применяются постоянный ток, а где переменный? Дело в том, что эти два широко используемые типы токов имеют свои достоинства и недостатки. Постоянный ток повсеместно применяется для электрического питания различной низковольтной электронной аппаратуры. Именно электронные схемы нуждаются в постоянном токе. Причем для многих схем очень важна стабильность этого постоянства. То есть, хоть он и называется постоянным, но на деле трудно добиться идеально постоянной величины как напряжения, так и тока. Имеются различные скачки, плавания величин из-за изменения степени нагрузки, различных переходных процессов, перепадов температуры и т.д. В итоге делаются даже специальные схемы, которые стремятся выравнивать и стабилизировать все эти непостоянства тока.

Большим недостатком постоянного тока является то, что он при передачи на дальние расстояния имеет очень большие потери. Его сложно транспортировать от электростанций к конечным потребителям в таком же количестве, в каком он вырабатывается. А если еще точнее, то как известно, потери при передачи электроэнергии на большие расстояния можно значительно снизить с увеличением величины напряжения. То есть, если сделать большое напряжение и малый ток в линии электропередач, то КПД транспортировки будет относительно большим. Но ведь практически вся электроника использует низкое напряжение! А преобразование величины постоянного тока и напряжения имеет большие сложности и проблемы.

Такие проблемы (преобразования) в большей степени отсутствуют при использовании переменного тока. Дело в том, что когда происходит постоянное изменение величины тока и напряжения, то при использовании так называемых трансформаторов можно легко из большого напряжение и малого тока сделать наоборот, большой ток с меньшим напряжением. Причем эти трансформаторы имеют очень простую конструкцию. Они имеют сердечник (железный или ферритовый), на который намотан изолированный провод. На одну обмотку подается одна величина тока и напряжения, а с другой обмотки уже можно получить любую другую величину тока и напряжения.

Чтобы из переменного тока сделать постоянный используют очень простое устройство, называемое диодным мостом, выпрямителем. Он состоит из нескольких диодов, которые делают из двух полярностей одну. Но даже после диодного моста ток нельзя назвать постоянным, он скорей скачкообразный. И тут на помощь приходит такой компонент как электролитический конденсатор, сглаживающий эти скачки напряжения, делаю более ровную форму тока.

Ну, а для придания более идеальной постоянной формы тока уже используют различные стабилизаторы. В итоге мы высокое переменное напряжение понизили, после чего ему придали постоянную составляющую по форме и величине. Чтобы сделать из постоянного тока переменный, используют так называемые преобразователи тока и напряжения.

В сфере электроники также широко используется еще один тип электрического тока – называемый импульсным, который может иметь различную форму, чаще всего это прямоугольник. Думаю многим должны быть известны импульсные блоки питания, в которых и используются эти импульсные токи. Но в сфере питания электротехники основными типами тока являются именно постоянный и переменный (синусоидальной формы). Хотя переменный может быть еще однофазным и трехфазным, что также используется для питания определенных видов устройств.

Видео по этой теме:

P.S. По большому счету электрический ток один, и представляет собой упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В большинстве случаев это движение электронов (отрицательных зарядов) внутри твердых проводников, и реже это движение ионов (положительных зарядов) в жидких и газообразных проводниках. А уже форма и направление движения этих электрических зарядов и образовывает различные типы электрического тока (постоянный, переменный, импульсный).

Беспроводная передача электроэнергии

Активно развиваются беспроводные технологии дистанционной передачи электроэнергии на расстояние без проводов. К ним относятся:

Индукционная передача на основе электромагнитного поля
Лазерная передача с помощью мощных лазерных лучей
Радиопередача энергии посредством электромагнитных волн

Эти методы открывают большие перспективы для создания эффективных беспроводных сетей распределения электроэнергии в будущем без необходимости прокладки дорогостоящих линий электропередач.

Накопление энергии постоянного тока

Благодаря однонаправленному характеру движения зарядов, постоянный ток гораздо эффективнее накапливается в specialracumulators и батареях различных типов.

Для накопления используются: