Постоянный и переменный ток
В электричестве есть два рода тока – постоянный и переменный. Устройства также требуют для питания один или другой вид тока. От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность после подключения к неправильному питанию. Чем отличается переменный ток от постоянного мы расскажем в этой статье, дав краткий ответ наиболее простыми словами.
Определение
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.
Переменный ток (AlternativeCurrent – AC) отличается от постоянного (DirectCurrent – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении.
Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени.
Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).
Изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:
Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток.
Можно видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.
Разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах.
Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля.
Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).
Происхождение
Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.
Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.
Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.
Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.
Формулы для расчета постоянного тока
Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи: E=I/R; E=I/(R+r)
Мощность также просто рассчитываются: P=UI
Формулы для расчета переменного тока
Электродвижущая сила переменного тока
Ε - электродвижущая сила
B - магнитная индукция
S - площадь
ω - круговая (угловая, циклическая) частота
Максимальная сила переменного тока
I_m - максимальная сила тока
Ε_m - максимальная электродвижущая сила
R - сопротивление
Средняя мощность переменного тока
P_сред - средняя мощность переменного тока
I_m - максимальная сила тока
R - сопротивление
Действующее (эффективное) значение напряжения переменного тока
U_ef - действующее (эффективное) значение напряжения
U_m - максимальное напряжение
Напряжение переменного тока
U - напряжение
U_m - максимальное напряжение
ω - круговая (угловая, циклическая) частота
t - время
Максимальная сила переменного тока
I_m - максимальная сила тока
U_m - максимальное напряжение
C - электрическая ёмкость
ω - круговая (угловая, циклическая) частота
Ёмкостное сопротивление
X_c - ёмкостное сопротивление
C - электрическая ёмкость
ω - круговая (угловая, циклическая) частот
Сила и ёмкостное сопротивление переменного тока
I - сила тока
U - напряжение
X_c - ёмкостное сопротивление
Сила и индуктивное сопротивление переменного тока
I - сила света (источника)
U - напряжение
X_L - индуктивное сопротивление
Индуктивное сопротивление
X_L - индуктивное сопротивление
ω - круговая (угловая, циклическая) частота
L - индуктивность
Закон Ома для цепи переменного тока
X - полное сопротивление цепи
R - сопротивление
X_L - индуктивное сопротивление
X_c - ёмкостное сопротивление
Закон Ома для цепи переменного тока
X - полное сопротивление цепи
R - сопротивление
ω - круговая (угловая, циклическая) частота
L - индуктивность
C - электрическая ёмкость
Сдвиг фаз между током и напряжением переменного тока
φ - сдвиг фаз
X_L - индуктивное сопротивление
X_c - ёмкостное сопротивление
R - сопротивление
Первая формула трансформатора: напряжение
U1, U2 - напряжении
N1, N2 - число витков
Вторая формула трансформатора: сила тока
I1, I2 - силы тока
N1, N2 - число витков