В чем разница между постоянным и переменным током

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.

Упрощенное изображение конструкции генератора

Обозначения:

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

Переменный ток – что это такое?

Переменный ток – упорядоченное движение заряженных частиц или, иначе говоря, электрический ток, который с течением времени меняет свое направление и величину по определенному закону с заданной частотой.

Переменный ток широко применяется в быту и в промышленности. Производится он традиционно на различного рода электростанциях — ТЭЦ, ТЭС, ГЭС, АЭС и др. И всех их объединяет одно, независимо от используемого источника энергии (энергии воды, сжигаемого топлива, ядерной энергии и т.д.) – наличие генераторов переменного тока, преобразующих механическую энергию вращения в электрическую.

Чем отличается переменный ток от постоянного?

Отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что последний всегда неизменен по величине и направлению движения.

ПОСТОЯННЫЙ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК [РадиолюбительTV 4]

Однако, отделить постоянный ток и переменный друг от друга в наше время невозможно, так как чаще всего используется их сочетание, когда они преобразуются друг в друга по необходимости. Так, переменный ток сети преобразуется в блоках питания сложной электроники в постоянный. Переменный ток, вырабатываемый генератором автомобиля, «выпрямляется» диодным мостом и далее заряжает АКБ, питая бортовые устройства. Или постоянный ток, вырабатываемый, например, солнечной электростанцией, посредством инвертора преобразуется в переменный и подается в сеть.

Это явление нашло массовое применение во всем мире по одной простой причине — как наиболее экономически целесообразный способ производства и передачи электроэнергии до потребителя. Ведь, например, построить отдельную станцию для каждого потребителя невозможно и дорого. А передать электроэнергию оттуда, где ее можно произвести в силу подходящего географического расположения, близости к природным ресурсам — вполне даже реально. К тому же, само оборудование для генерации и преобразования переменного тока гораздо проще конструктивно, надежнее и, соответственно, дешевле, чем оборудование постоянного тока.

При этом трехфазная схема электрического тока, наиболее сбалансированная из возможных, позволяет создавать вращающееся магнитное поле, так необходимое для работы применяемых повсюду электрических двигателей. А почему именно 3 фазы? Две обмотки не обеспечат непрерывное равномерное взаимодействие магнитных полей, а четыре и более избыточны, так как приведут к удорожанию электрических сетей. И самое основное преимущество системы – возможность легко и просто изменять величину генерируемого напряжения с помощью повышающих и понижающих трансформаторов. А чем выше напряжение, тем дальше можно передать электроэнергию и тем меньше тепловые потери энергии при передаче. А уже ближе к потребителю напряжение снижается до необходимого нормируемого уровня при помощи понижающих трансформаторов, и подводится посредством ВЛЭП или КЛ к электроустановкам потребителя.

Постоянный ток также нашел обширное применение во всех областях деятельности человека, в первую очередь благодаря аккумуляторам, в которых посредством химической реакции возникает так называемый гальванический ток. Все без исключения современные автономные портативные устройства питаются от АКБ.

Если говорить об автономности, то безоговорочно область применения постоянного тока распространяется на бортовые системы любых автомобилей, летательных аппаратов, электропоездов. В последнее время с развитием высокопроизводительных источников питания свою нишу занял и колесный транспорт на электротяге – электромобили, скутеры, электробусы, электробайки. Плюс в том, что двигатели постоянного тока позволяют плавно развивать скорость и высокий крутящий момент во всех диапазонах оборотов.

Кроме того, постоянный ток безальтернативно используется в микроэлектронике, в средствах связи и прочей технике, то есть там, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций и даже вовсе их исключить.

Чтобы узнать больше, смотрите наше видео, в котором мы подробно рассказываем о явлении переменного и постоянного тока.

Постоянный ток

Постоянный ток (или постоянное напряжение) – это вид электрического тока, в котором направление и сила тока не меняются со временем. В постоянном токе электроны движутся в одном направлении, отрицательный заряд переносится от источника энергии к потребителю.

Постоянный ток может быть создан с помощью источников энергии, таких как батареи или аккумуляторы. Он широко используется в различных устройствах и системах, таких как электроника, электромеханические системы и электроприводы.

Основные свойства постоянного тока:

  • Направление тока не меняется со временем.
  • Сила тока остается постоянной во времени.
  • Постоянный ток имеет постоянную амплитуду и постоянную частоту.
  • Постоянный ток не создает электромагнитных полей, что делает его безопасным для использования в некоторых приложениях.

Примеры применения постоянного тока:

  • Использование батарей для питания электронных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки.
  • Использование постоянного тока в электромеханических системах, таких как электродвигатели и электроприводы.
  • Использование постоянного тока в солнечных батареях для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Переменный ток

Переменный ток (AC) – это вид электрического тока, который меняет свое направление и величину со временем. В отличие от постоянного тока, который имеет постоянное направление и величину, переменный ток изменяет свою полярность и амплитуду в течение времени.

Основные характеристики переменного тока:

  • Направление: Переменный ток меняет свое направление в течение времени. Он может течь в одном направлении, а затем изменить свое направление и течь в противоположном направлении.
  • Амплитуда: Амплитуда переменного тока определяет его максимальное значение. Он может изменяться от нуля до максимального значения и обратно.
  • Частота: Частота переменного тока определяет количество полных циклов, которые он проходит за секунду. Единицей измерения частоты является герц (Гц).

Свойства переменного тока:

  • Переменный ток создает электромагнитные поля, что делает его полезным для передачи энергии по сетям электропитания.
  • Переменный ток может быть легко преобразован в постоянный ток с помощью устройств, таких как выпрямители.
  • Переменный ток имеет различные формы, такие как синусоидальный, прямоугольный и треугольный, которые могут быть использованы в различных приложениях.

Примеры применения переменного тока:

  • Использование переменного тока в сетях электропитания для передачи энергии от генераторов к потребителям.
  • Использование переменного тока в электронике для питания устройств и передачи сигналов.
  • Использование переменного тока в электродвигателях для преобразования электрической энергии в механическую.

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.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей — война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

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.

Применение

Электрический ток называется постоянным, прежде всего, ввиду стабильности полярности, отсутствия перепадов и импульсов. Это свойство позволяет использовать его в различных микросхемах для обеспечения работы электроники и точной техники.

Помимо этого, электричество с таким набором характеристик нашло широкое применения в других областях:

  • Электромоторы транспортных средств, подъемников.
  • Портативные АКБ бытовых устройств.
  • Электролитические промышленные установки.
  • Электродуговая и газовая сварка.
  • Бортовые электросети.
  • Медицинские технологии по внедрению лекарственных препаратов.
  • Научно-исследовательские направления.

Переменный электроток находит применение преимущественно в бытовых и промышленных сетях – для подвода электроэнергии к домам, цехам, торговым центрам, больницам и проч. Мощные производственные установки, двигателя, как правило, питаются такой разновидностью электричества.

Определение переменного тока

Переменный ток – это вид электрического тока, который меняет свою направленность и величину со временем. В отличие от постоянного тока, который имеет постоянную направленность и величину, переменный ток изменяется в циклическом режиме.

Переменный ток обычно представляется в виде синусоидальной волны, где амплитуда тока меняется от положительного максимума до отрицательного максимума и обратно за каждый цикл. Частота переменного тока измеряется в герцах (Гц) и определяет количество циклов, которые происходят за одну секунду.

Основными источниками переменного тока являются генераторы переменного тока, такие как альтернаторы, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Переменный ток широко используется в электроэнергетике, электротехнике и электронике.

Основные свойства переменного тока:

  • Направление тока меняется со временем.
  • Величина тока изменяется со временем.
  • Переменный ток может быть представлен в виде синусоидальной волны.
  • Частота переменного тока определяет скорость изменения направления и величины тока.

Переменный ток имеет широкий спектр применений, включая электроэнергетику, электротехнику, электронику, освещение, промышленность и домашние электроприборы.

Свойства постоянного тока

Постоянный ток (или постоянное напряжение) – это электрический ток, который не меняет своего направления со временем и имеет постоянную величину.

Основные свойства постоянного тока:

Направление тока не меняется

Постоянный ток всегда течет в одном направлении. Это означает, что электроны в проводнике движутся в одном направлении от источника энергии к потребителю.

Величина тока постоянна

Постоянный ток имеет постоянную величину, то есть его сила тока не меняется со временем. Это позволяет точно контролировать и измерять электрический ток.

Не зависит от времени

Постоянный ток не зависит от времени. Это означает, что его величина остается постоянной в течение всего времени, пока источник энергии поддерживает его поток.

Не имеет нулевых значений

Постоянный ток не имеет нулевых значений, так как он всегда течет в одном направлении. Это отличает его от переменного тока, который имеет моменты, когда его величина равна нулю.

Используется для постоянного питания

Постоянный ток широко используется для питания электрических устройств, таких как батареи, аккумуляторы и источники постоянного тока. Он обеспечивает стабильное и непрерывное электрическое питание для различных устройств и систем.

Обозначения на электроприборах и схемах

Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.

На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Похожие статьи:

Как пользоваться мультиметром – измерение напряжения, силы тока и сопротивления

Перевод ампер (А) в ватты (Вт) и ватт (Вт) в амперы (А): подробное руководство

Какие существуют виды источников электрического тока?

Подбор стабилизатора напряжения для жилого помещения: как выбрать подходящее устройство для дома и квартиры

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Что такое электрический ток простыми словами

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий