Сборка даже элементарной электрической схемы не обходится без знания азов электротехники. В первую очередь это тот факт, что в быту есть 2 вида электротока – постоянный и переменный. Разберем, что такое переменный и постоянный ток, в чем разница между ними, какими характеристиками, плюсами и минусами они обладают, а также каковы их источники и где применяются.
Переменный ток отличается от постоянного тем, что меняет полярность с определенной периодичностью
Электрический ток – что это такое, виды, характеристики
Направленное движение частиц с зарядом под действием электромагнитного поля называется электрическим током. В металлических и газовых проводниках носителями электрозаряда выступают электроны, а в жидких средах – положительно и отрицательно заряженные ионы. Электродвижущая сила используется повсеместно и разнообразно – от электродвигателя и радиатора отопления до электромагнитных колебаний и микросхем.
Главной движущей силой электричества служит разность потенциалов – величин разноименных зарядов между полюсами. Чем больше его значение, тем сильнее ток. Именуется оно напряжением, отображается в вольтах.
Напряжение неразрывно связано с другими характеристиками электричества – силой тока и сопротивлением. Величины связаны между собой незыблемой закономерностью – формулой Ома.
Электрический ток определяется, как направленное перемещение заряженных частиц в проводнике
С точки зрения характера распространения заряженных частиц и стабильности полярности электрический ток делится на 2 вида:
- Постоянный.
Разность потенциалов между контактами создает на одном краю плюсовую полярность, на другом – минусовую. Положение остается стабильным все время – пока сохраняется такая последовательность подключения. При этом направление потока заряженных частиц не меняется.
На схемах и чертежах постоянный ток имеет обозначение в виде прямой черты или DC, а переменный волнистой линией или AC. Применение данной разновидности электротока оправдано, когда требуется передать энергию на минимальное расстояние и мощность не является первоочередным критерием.
- Переменный.
В отличие от постоянного электротока переменный характеризуется сменой полярности с определенной частотой. Например, в привычной бытовой сети такие изменения происходят 50 раз в секунду. В электротехнической терминологии это выражается, как частота 50 Гц.
Розетки бытовой сети поставляют в дом переменный ток 220 В с частотой 50 Гц
Передача переменного тока не ограничивается расстоянием, мощностью и большими потерями. Это позволяет использовать его в линиях электропередач. Кроме того, 3-х-фазная сеть удобна для подключения электромоторов.
При сравнении рассматриваемых 2-х видов электротока по главным свойствам проявляются следующие особенности:
- Направление заряженных частиц у переменного тока изменяется в определенный временной отрезок.
- Контакты постоянного тока имеют разную полярность – «+» и «-», выводы переменного – это ноль и фаза.
- Сетевое электричество вырабатывается генераторной установкой, постоянный ток поступает из АКБ, элемента питания или трансформатора.
- Оба вида тока можно получить путем преобразования одного в другой.
Справка! Постоянный ток не лучше переменного, и наоборот, так как каждый имеет свои плюсы и минусы. Применение той или иной разновидности подбирается по ряду конкретных требований.
В мобильном телефоне используется источник постоянного электротока
Источники тока
Разница между постоянным и переменным током проявляется также в источниках – как правило, они могут производить только один какой-нибудь вид. Чаще всего на практике применяются такие разновидности:
- Механические. Это наиболее распространенный способ по выработке переменного тока как в промышленных масштабах, так и бытовых условиях. Применяются генераторные установки, приводимые в действие различной механической силой – падающей водой (ГЭС), струей пара (ТЭС), или работой ДВС для автономных электрогенераторах.
- Термические. В основе лежит разница нагрева между охлаждаемой и нагреваемой поверхностями специальных термопар. При этом чем выше перепад, тем больше значение силы электротока. Такой принцип производства электричества используется на геотермальных электроустановках.
- Световые. В устройствах с помощью специальных полупроводниковых панелей световая энергия преобразуется в электрическую. Механизм выработки тока лежит в основе создания солнечных батарей.
Солнечные батареи – один из современных видов генераторов электроэнергии
- Химические. Электричество вырабатывается в ходе химического взаимодействия гальванических элементов с электролитом. Именно такие приборы были своего рода пионерами первых искусственных источников света. Сегодня по подобному принципу работают различные батарейки, аккумуляторы, бесперебойники.
Гальванические элементы электропитания характеризуется мобильностью и автономностью. Именно поэтому они нашли широкое применение – в транспортных средствах, цифровой технике, медицине и проч. Однако они значительно ограничены по времени действия и мощности. Их постоянно требуется подзаряжать.
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.
Плюс постоянного тока – возможность аккумуляции от источника электроэнергии
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.
Ноутбук и другая цифровая техника работает на постоянном токе, но подзаряжается через преобразователь от переменной электросети
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.
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.
Видео описание
Видео о том, какой ток лучше – постоянный или переменный:
Коротко о главном
Электроток представляет собой направленное движение электронов и ионов. Движущей силой им служит разность потенциалов. Применяется электричество практически везде – от моторов до микросхем.
Разделяется электрический ток на переменный и постоянный. Различаются они прежде всего тем, что полярность последнего неизменна, а первого – меняется с определенной частотой. На схемах значок постоянного тока выглядит как прямая линия или буквами DC, переменного – волнистая черта или AC.
Источники электротока классифицируются на такие виды:
- Механические. Генераторы ГЭС, ТЭС, автономные.
- Термические. На основе термопар.
- Световые. Солнечные батареи.
- Химические. АКБ, гальванические элементы.
Плюсы постоянного электротока – отсутствие реактивной мощности, аккумуляция, отсутствие опережения, минусы – сложность размыкания, трудность преобразования, усиление коррозии. Достоинства переменного электротока – передача на расстояние, легкость преобразования, подключения и отключения, недостатки – реактивная мощность, вытеснение заряда, необходимость повышения мощности при большой длине ЛЭП.