Generarea și aplicarea AC

Conţinut:

Cum se formează curentul alternativ
Istoria descoperirii curentului alternativ
De ce curentul alternativ este folosit mai des decât curentul continuu
Nikola Tesla și problemele de siguranță și eficiență
Prin aer
Vibrator Hertz, eter și unde electromagnetice
Acolo unde se folosește curent alternativ

Curentul alternativ este un tip de curent a cărui direcție de curgere se modifică continuu. Ceea ce devine posibil datorită prezenței unei diferențe de potențial care se supune unei anumite legi. În termeni de zi cu zi, forma unui curent alternativ seamănă cu o undă sinusoidală. O constantă se poate schimba în amplitudine, dar nu și în direcție. Altfel, este deja curent alternativ.

Generarea de curent alternativ

Cum se formează curentul alternativ

Putem spune că începutul curentului alternativ, ca fenomen, a fost pus de Michael Faraday, pe care cititorii noștri îl vor afla mai detaliat mai jos în text. S-a demonstrat că câmpurile electrice și magnetice sunt conectate. Iar curentul este rezultatul interacțiunii lor. Generatoarele moderne funcționează prin modificarea mărimii fluxului magnetic prin zona acoperită de circuitul firului de cupru. Strict vorbind, dirijorul poate fi orice. Cuprul este selectat din criteriile de adecvare maximă la cost minim.

Dacă sarcina statică se formează în principal prin frecare, deși aceasta nu este singura cale, atunci curentul alternativ apare ca urmare a unor procese imperceptibile pentru ochi. Valoarea este proporțională cu viteza de schimbare a fluxului magnetic prin zona acoperită de circuit. (Vezi și: Amperajul)

Istoria descoperirii curentului alternativ

Pentru prima dată, atenția a fost acordată curenților alternativi datorită valorii lor comerciale după invențiile create de Nikola Tesla. Trebuie spus că conflictul financiar cu Edison a lăsat o impresie puternică asupra soartei ambilor. În momentul în careantreprenorul a refuzat promisiunile lui Nikola Tesla, în același timp a pierdut un profit considerabil. Probabil unui om de știință remarcabil nu i-a plăcut un astfel de comportament liber și a inventat motorul cu curent alternativ. Trebuie spus că până atunci toată lumea folosea permanentul. Deci Edison a promovat acest tip.

Tesla a arătat mai întâi că ar putea fi obținute rezultate mult mai mari cu tensiunea alternativă. Mai ales atunci când energia trebuie transmisă pe distanțe lungi. Utilizarea transformatoarelor vă permite cu ușurință să creșteți tensiunea, ceea ce reduce drastic pierderile la rezistența activă. Și pe partea de recepție, parametrii revin din nou în weekend. Ceea ce este foarte convenabil. Ca rezultat, puteți economisi destul de mult pe grosimea firelor.

Deci, Nikola Tesla a început utilizarea activă a curentului alternativ prin crearea unui motor cu două faze. Și experimentele privind transmiterea energiei pe distanțe considerabile pun totul la locul său: nu este foarte convenabil să transferați producția în zona Cascadelor Niagara, este mult mai ușor să puneți o linie până la destinație.

Diferența dintre curent alternativ și curent continuu

Curentul alternativ are o serie de proprietăți care îl deosebesc de curentul continuu. Dar ne vom întoarce mai întâi la istoria descoperirii acestui fenomen. Otto von Gerike poate fi considerat precursorul fenomenului de curent alternativ în viața de zi cu zi a omenirii. El a fost primul care a observat că acuzațiile au două semne. Prin urmare, curentul poate circula în direcții diferite. Cât despre Tesla, s-a concentrat mai mult pe partea practică, iar în prelegerile sale menționează doi experimentatori de origine britanică:

William Spottiswoode nu a primit nici măcar o pagină în Wikipedia în limba rusă, deoarece în partea națională nu există nici măcar o mențiune de lucrări cu curent alternativ. La fel ca Georg Ohm, omul de știință a fost în primul rând un matematician șirămâne doar să regret că este greu de aflat ce anume a făcut acest om de știință.

James Edward Henry Gordon a fost mult mai aproape de partea practică a problemei aplicării energiei electrice. A experimentat mult cu generatoarele și chiar a dezvoltat unul de design propriu, cu o capacitate de 350 kW. A acordat multă atenție iluminatului și aprovizionării cu energie a uzinelor și fabricilor.

Se crede că primele generatoare de curent alternativ au fost create în anii 1930. Apoi Michael Faraday a experimentat cu câmpuri magnetice. Puțini oameni știu că acest lucru a provocat gelozia lui Sir Humphrey Davy, care l-a criticat pe student pentru plagiat. Acum este greu de spus cine a avut dreptate, dar adevărul rămâne: curentul alternativ nu a fost solicitat timp de o jumătate de secol. În prima jumătate a secolului al XIX-lea, exista deja un motor electric. Dar a funcționat din curent continuu.

Nikola Tesla a fost primul care a ghicit cum să implementeze teoria lui Arago despre un câmp magnetic rotativ. Pentru aceasta, au fost necesare până la două faze de curent alternativ (cu o deplasare de 90 de grade). Pe parcurs, Tesla a remarcat că sunt posibile sisteme mai complexe (în brevetul său). De aceea, inventatorul mult mai târziu al motorului trifazat, Dolivo-Dobrovolskyi, nu și-a putut patenta ideea. (Vezi și: Pod de diode)

Astfel, nimeni nu a avut nevoie de curent alternativ mult timp. Și Edison a rezistat chiar și implementării acestui fenomen în toate modurile posibile.

N. Tesla a studiat curentul alternativ

De ce curentul alternativ este folosit mai des decât curentul continuu

Nikola Tesla și problemele de siguranță și eficiență

Nikola Tesla s-a alăturat unei companii concurente cu Edison și a promovat noul fenomen în toate modurile posibile. Era atât de fascinat încât făcea adesea experimente pe sine. Dar spre deosebire de Sir Humphrey Davy, care a scurtatviața sa, inhalând diverse gaze, Tesla a obținut în mod clar un succes considerabil: a trăit până la 86 de ani. Omul de știință însuși a descoperit că atunci când se schimbă direcția fluxului de curent cu o viteză de peste 700 de ori pe secundă, procesul în sine devine relativ sigur pentru oameni.

În timpul prelegerilor sale, Tesla a luat un bec cu un filament de platină și a demonstrat strălucirea dispozitivului prin trecerea curenților de înaltă frecvență prin propriul său corp. El a susținut că nu numai că este inofensiv, dar are chiar și unele beneficii pentru sănătate. Curentul, care curge doar pe suprafața pielii, o curăță în același timp. După cum a spus însuși Tesla, experimentatorii din vremurile vechi (vezi mai sus) nu au observat astfel de fenomene uimitoare din următoarele motive:

Generatoare imperfecte de tip mecanic. Câmpul rotativ era folosit în sensul literal: cu ajutorul oricărui motor, rotorul era rotit. Un astfel de principiu nu ar putea da curenți de înaltă frecvență. Acest lucru este încă problematic astăzi la nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei.
În cel mai simplu caz, s-au folosit întrerupătoare manuale. În acest caz, nu este absolut nimic de spus despre frecvențele înalte.

Tesla însuși a folosit fenomenul de încărcare și descărcare a unui condensator. Acum vorbim despre așa-numitul lanț RC. După ce a fost încărcat la un anumit nivel, condensatorul începe să se descarce prin rezistență. Viteza procesului, care se desfășoară conform legii exponențiale, depinde și de parametrii acestor elemente. Este clar că în acel moment Tesla nu putea folosi comutatoare cu semiconductori pentru control. Dar diodele termoionice erau deja cunoscute. Ne vom risca să presupunem că Tesla le-ar putea folosi ca diode zener, funcționând cu defecțiuni reversibile.

Cu toate acestea, problemele de securitate nu sunt încă pe primul loc. Trebuie spus că frecvența de 60 Hz (în general acceptată în SUA) a fost propusă de însuși Nikola Tesla, caoptim pentru funcționarea motoarelor de design propriu. Acesta este foarte diferit de intervalul de siguranță. În același timp, este mai ușor să proiectați un generator. Și în orice caz, curentul alternativ învinge curentul continuu în ambele sensuri.

Prin aer

Până în prezent, există dispute despre cine a inventat primul radio. Trebuie spus că Hertz a descoperit trecerea undelor prin eter descriind legile mișcării lor și arătând că sunt asemănătoare cu legile optice. În prezent, știm că doar un câmp alternativ poate călători prin spațiu. Iar acest fenomen a fost folosit de Popov în 1895 pentru a transmite primul mesaj „Heinrich Hertz” de pe Pământ.

Vedem că bărbații învățați sunt foarte prietenoși unii cu alții. Atât de mult respect în acest prim mesaj. Iar data rămâne controversată, pentru că fiecare stat ar dori să păstreze campionatul pentru sine. Prin urmare, doar un curent alternativ poate crea un câmp care se propagă prin eter.

Astăzi, sunt bine cunoscute gamele de vorbire, ferestrele și pereții, ca să spunem așa, atmosfera și diversele medii (apă, gaze etc.). Mai mult, un loc important în acest plan este acordat frecvenței. S-a stabilit că fiecare semnal poate fi reprezentat ca o sumă de oscilații sinusoidale elementare (conform teoremelor lui Fourier). Analiza spectrală operează pe aceste armonice cele mai simple. Iar efectul total este considerat efectul net al componentelor elementare.

Ferestrele din atmosferă sunt definite într-un mod complet similar. Sunt frecvente care trec prin grosimea lui, bune si rele. Acesta din urmă nu este întotdeauna un efect negativ. De exemplu, cuptoarele cu microunde folosesc frecvențe de 2,4 GHz, care sunt absorbite de vaporii de apă. Aceste valuri sunt inutile pentru comunicare, dar cât de bune sunt la gătit!

Dar probabil că mulți au o întrebare despre cum exact se poate răspândi valul prin eter. hai sahai sa o discutam mai detaliat.

Antenă dipol Hertz

Vibrator Hertz, eter și unde electromagnetice

Relația dintre câmpurile electrice și magnetice a fost demonstrată pentru prima dată în 1821 de Michael Faraday. Puțin mai târziu s-a demonstrat că condensatorul este potrivit pentru a crea oscilații. Nu se poate spune că legătura dintre aceste două evenimente s-a realizat imediat. Felix Savaren a descărcat borcanul Leyden printr-un sufoc, al cărui miez a servit drept ac de oțel.

Nu se știe exact ce a încercat să obțină astronomul, dar rezultatul s-a dovedit a fi foarte interesant. Uneori acul era magnetizat într-o direcție, iar alteori în alta. În același timp, curentul generatorului era de același semn. Omul de știință a concluzionat destul de corect despre procesul oscilator în descompunere. Deși nu prea știam nimic despre reactanțe inductive și capacitive.

Teoria din spatele procesului în sine a fost introdusă mai târziu. Experimentele au fost repetate de Joseph Henry și William Thompson cu determinarea frecvenței de rezonanță: cea în care procesul a durat pe perioada maximă de timp. Acest lucru a permis descrierea cantitativă a dependenței caracteristicilor circuitului de elementele componentelor sale (inductanță și capacitate). Și în 1861, Maxwell a derivat celebrele sale ecuații, una dintre consecințele cărora este deosebit de importantă pentru noi: „Un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic și invers”.

Apare o undă în care vectorii de inducție sunt perpendiculari unul pe celălalt. În spațiu, ele repetă forma rocilor procesului. Și un astfel de val poate călători în eter. Este exact ceea ce a folosit Heinrich Hertz când a desfășurat plăcile unui condensator în spațiu, iar acestea au devenit emițători. De fapt, Popov a ghicit doar să încorporeze informații într-o undă electromagnetică, care este folosită peste tot astăzi. Și nu numai în eter, ci și în interiorul tehnologiei semiconductoare.

Undese foloseste curent alternativ

Se poate spune, în acest fel, că curentul alternativ stă la baza principiului de funcționare a majorității dispozitivelor cunoscute astăzi. Este mai ușor de spus unde este folosită constanta, iar cititorii își vor trage propriile concluzii:

Curentul continuu este utilizat pe scară largă în baterii. Din simplul motiv că o variabilă există doar în mișcare - nu poate fi stocată. Apoi, în dispozitiv, electricitatea este deja transformată în forma dorită.

Eficiența motoarelor colectoare de curent continuu este mai mare. Din acest motiv, în unele cazuri este avantajoasă utilizarea acestor soiuri.

Cu ajutorul curentului continuu pot actiona diferiti magneti. De exemplu, interfoane.

Tensiunea DC este utilizată pe scară largă în electronică. În același timp, curentul consumat variază în anumite limite. Dar în industrie se mai numește și permanent.

Tensiunea continuă este utilizată în cinescoape pentru a crea un potențial și pentru a crește emisia de la catod. Aceste cazuri pot fi considerate analoge cu unitățile de alimentare cu tehnologie semiconductoare, deși uneori diferența este destul de semnificativă.

În toate celelalte cazuri, curentul alternativ are un avantaj puternic. În primul rând, datorită posibilității de a folosi transformatoare. Chiar și în sudare, curentul continuu este departe de a predomina întotdeauna, dar orice echipament modern de acest tip are un invertor. Deci, este mult mai ușor și mai convenabil să obțineți caracteristici tehnice decente.

Deși din punct de vedere istoric, încărcăturile statice au fost primele care au fost obținute. Luați măcar lâna și chihlimbarul cu care a lucrat Thales din Milet.

Următorul