Что называется постоянным током: принцип работы, ВАХ, для чего нужен, схема управления, виды, обозначение

Электрический ток — Electric current

Поток электрического заряда

Электрический ток представляет собой поток заряженных частиц , таких как электроны или ионы, движущиеся через электрический проводник или пространстве. Он измеряется как чистая скорость потока электрического заряда через область. Движущиеся частицы называются носителями заряда , которые могут быть одним из нескольких типов частиц, в зависимости от проводника. В электрических цепях носителями заряда часто являются электроны, движущиеся по проводу . В полупроводниках они могут быть электронами или дырками . В электролите носителями заряда являются ионы , а в плазме , ионизированном газе, электрический ток формируется как электронами, так и ионами.

СИ единица электрического тока является ампер , или усилителя , который представляет собой поток электрического заряда по поверхности со скоростью одного кулона в секунду. Ампер (символ: A) — это основная единица системы СИ. Электрический ток измеряется с помощью устройства, называемого амперметром .

Электрические токи создают магнитные поля , которые используются в двигателях, генераторах, индукторах и трансформаторах . В обычных проводниках они вызывают джоулев нагрев , который создает свет в лампах накаливания . Изменяющиеся во времени токи излучают электромагнитные волны , которые используются в телекоммуникациях для передачи информации.

Символ

Условным обозначением тока является I , которое происходит от французского выражения « интенсивность тока» (интенсивность тока). Сила тока часто обозначается просто как ток . Символ I был использован Андре-Мари Ампером , в честь которого названа единица электрического тока, при формулировании закона силы Ампера (1820 г.). Обозначения распространились из Франции в Великобританию, где они стали стандартом, хотя по крайней мере в одном журнале не переходили с C на I до 1896 г.

Конвенции

В проводящем материале движущиеся заряженные частицы, составляющие электрический ток, называются носителями заряда . В металлах, из которых состоят провода и другие проводники в большинстве электрических цепей , положительно заряженные атомные ядра атомов удерживаются в фиксированном положении, а отрицательно заряженные электроны являются носителями заряда, которые могут свободно перемещаться в металле. В других материалах, особенно в полупроводниках , носители заряда могут быть положительными или отрицательными, в зависимости от используемой примеси . Положительные и отрицательные носители заряда могут даже присутствовать одновременно, как это происходит в электролите в электрохимической ячейке .

Поток положительных зарядов дает такой же электрический ток и имеет тот же эффект в цепи, что и равный поток отрицательных зарядов в противоположном направлении. Поскольку ток может быть потоком либо положительных, либо отрицательных зарядов, либо обоих, необходимо соглашение о направлении тока, которое не зависит от типа носителей заряда . Направление обычного тока произвольно определяется как направление, в котором текут положительные заряды. Отрицательно заряженные носители, такие как электроны (носители заряда в металлических проводах и многих других компонентах электронных схем), поэтому текут в направлении, противоположном обычному течению тока в электрической цепи.

Справочное направление

Как ток в проводе или элемент цепи может протекать в обоих направлениях, то направление тока , представляющий положительный должен быть определен, как правило , с помощью стрелки на схему диаграммы схематическом . Это называется опорным направлением тока. При анализе электрических цепей фактическое направление тока через конкретный элемент цепи обычно неизвестно, пока анализ не будет завершен. Следовательно, эталонные направления токов часто назначаются произвольно. Когда решаются схема, отрицательное значение для тока означает фактическое направление тока через этот элемент схемы противоположено выбранное опорное направление.

Закон Ома

Закон Ома гласит , что ток через проводник между двумя точками прямо пропорциональна к разности потенциалов через две точки. Вводя константу пропорциональности, сопротивление , приходим к обычному математическому уравнению, описывающему эту взаимосвязь:

язнак равноVр{\ displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

где я это ток через проводник в единицах ампер , V представляет собой разность потенциалов измеряются по проводнику в единицах вольт , а R представляет собой сопротивление проводника в единицах Ом . Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом соотношении постоянно, независимо от тока.

Переменный и постоянный ток

В системах переменного тока (AC) движение электрического заряда периодически меняет направление. Переменный ток — это форма электроэнергии, которая чаще всего подается на предприятия и в жилые дома. Обычная форма сигнала в цепи питания переменного тока представляет собой синусоидальную волну , хотя в некоторых приложениях используются альтернативные формы волны, такие как треугольные или прямоугольные волны . Аудио и радио Сигналы , передаваемые по электрическим проводам также примеры переменного тока. Важной целью в этих приложениях является восстановление информации, закодированной (или модулированной ) в сигнале переменного тока.

Напротив, постоянный ток (DC) относится к системе, в которой электрический заряд движется только в одном направлении (иногда это называется однонаправленным потоком). Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи , термопары , солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа динамо- типа. Переменный ток также можно преобразовать в постоянный с помощью выпрямителя . Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через полупроводники , изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках . Старое название для постоянного тока был гальванический ток .

Вхождения

Естественные наблюдаемые примеры электрического тока включают молнии , статический электрический разряд и солнечный ветер , источник полярных сияний .

Искусственные явления электрического тока включают поток электронов проводимости в металлических проводах, таких как воздушные линии электропередач, которые доставляют электрическую энергию на большие расстояния, и более мелкие провода в электрическом и электронном оборудовании. Вихревые токи — это электрические токи, возникающие в проводниках, подверженных воздействию изменяющихся магнитных полей. Точно так же возникают электрические токи, особенно на поверхности проводников, подверженных воздействию электромагнитных волн . Когда колеблющиеся электрические токи протекают при правильном напряжении внутри радиоантенн , генерируются радиоволны .

В электронике другие формы электрического тока включают поток электронов через резисторы или через вакуум в вакуумной трубке , поток ионов внутри батареи или нейрона и поток дырок в металлах и полупроводниках .

Текущее измерение

Ток можно измерить с помощью амперметра .

Электрический ток можно напрямую измерить гальванометром , но этот метод предполагает разрыв электрической цепи , что иногда бывает неудобно.

Ток также можно измерить без разрыва цепи, обнаружив магнитное поле, связанное с током. Устройства на уровне схемы используют различные методы для измерения тока:

Резистивный нагрев

Джоулев нагрев, также известный как омический нагрев и резистивный нагрев , представляет собой процесс рассеивания мощности, при котором прохождение электрического тока через проводник увеличивает внутреннюю энергию проводника, преобразовывая термодинамическую работу в тепло . Явление было впервые исследовано Джеймс Джоуля в 1841 Джоуль погруженной длиной проволоки в фиксированную массе из воды и измерял температуру рост из — за известный ток через проволоку в течение 30 минут периода. Путем изменения тока и длину проволоки он сделал вывод о том , что тепло , вырабатываемое была пропорциональна к квадрату тока , умноженного на электрическое сопротивление проволоки. {2} R}

Эта связь известна как закон Джоуля . Единица СИ из энергии был впоследствии назван джоуль и обозначается символом J . Общеизвестная единица измерения мощности в системе СИ, ватт (обозначение: Вт), эквивалентна одному джоулю в секунду.

Электромагнетизм

Электромагнит

Магнитное поле создается электрическим током в соленоиде.

В электромагните катушка проводов ведет себя как магнит, когда через нее протекает электрический ток. Когда ток отключается, катушка сразу теряет свой магнетизм. Электрический ток создает магнитное поле . Магнитное поле можно визуализировать как узор из круговых силовых линий, окружающих провод, которые сохраняются, пока есть ток.

Электромагнитная индукция

Через соленоид протекает переменный электрический ток, создавая изменяющееся магнитное поле. Это поле заставляет электрический ток течь по проволочной петле за счет электромагнитной индукции.

Магнитные поля также могут быть использованы для создания электрического тока. Когда к проводнику прикладывается изменяющееся магнитное поле, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), которая запускает электрический ток, когда есть подходящий путь.

Радиоволны

Когда электрический ток течет в проводнике подходящей формы на радиочастотах , могут генерироваться радиоволны . Они движутся со скоростью света и могут вызывать электрические токи в далеких проводниках.

Механизмы проведения в различных средах

В металлических твердых телах электрический заряд перемещается с помощью электронов от более низкого электрического потенциала к более высокому . В других средах любой поток заряженных объектов (например, ионов) может составлять электрический ток. Чтобы обеспечить определение тока независимо от типа носителей заряда, обычный ток определяется как движущийся в том же направлении, что и поток положительного заряда. Итак, в металлах, где носители заряда (электроны) отрицательны, обычный ток имеет направление, противоположное общему движению электронов. В проводниках с положительными носителями заряда обычный ток направлен в том же направлении, что и носители заряда.

В вакууме может образовываться пучок ионов или электронов. В других проводящих материалах электрический ток возникает из-за потока как положительно, так и отрицательно заряженных частиц одновременно. В третьих, ток полностью обусловлен потоком положительного заряда . Например, электрические токи в электролитах представляют собой потоки положительно и отрицательно заряженных ионов. В обычном свинцово-кислотном электрохимическом элементе электрические токи состоят из положительных ионов гидроксония , текущих в одном направлении, и отрицательных ионов сульфата, текущих в другом. Электрические токи в искрах или плазме — это потоки электронов, а также положительных и отрицательных ионов. Во льду и в некоторых твердых электролитах электрический ток полностью состоит из протекающих ионов.

Металлы

В металле некоторые внешние электроны в каждом атоме не связаны с отдельным атомом, как в изолирующих материалах, но могут свободно перемещаться внутри металлической решетки . Эти электроны проводимости могут служить носителями заряда , переносящими ток. Металлы обладают особой проводимостью, потому что таких свободных электронов много, обычно по одному на атом в решетке. При отсутствии внешнего электрического поля эти электроны перемещаются случайным образом из-за тепловой энергии, но, в среднем, в металле отсутствует чистый ток. При комнатной температуре средняя скорость этих случайных движений составляет 10 ⁶ метров в секунду. Учитывая поверхность, через которую проходит металлический провод, электроны движутся в обоих направлениях по поверхности с одинаковой скоростью. Как писал Джордж Гамов в своей научно-популярной книге « Один, два, три … бесконечность» (1947 г.), «металлические вещества отличаются от всех других материалов тем, что внешние оболочки их атомов связаны довольно непрочно и часто позволяют один из их электронов высвобождается. Таким образом, внутренняя часть металла заполнена большим количеством непривязанных электронов, которые бесцельно перемещаются вокруг, как толпа перемещенных лиц. Когда металлический провод подвергается воздействию электрической силы, приложенной к его противоположным концам, эти свободные электроны устремляются в направлении силы, образуя то, что мы называем электрическим током ».

Когда металлический провод подключается к двум клеммам источника постоянного напряжения, такого как батарея , источник создает электрическое поле через проводник. Моментный контакт создается, и свободные электроны проводника под действием этого поля вынуждены дрейфовать к положительному выводу. Таким образом, свободные электроны являются носителями заряда в типичном твердом проводнике.

Для постоянного потока заряда через поверхность ток I (в амперах) можно рассчитать по следующему уравнению:

язнак равноQт,{\ Displaystyle I = {Q \ над t} \ ,,}

где Q — электрический заряд, переносимый через поверхность за время t . Если Q и t измеряются в кулонах и секундах соответственно, I выражается в амперах.

В более общем смысле электрический ток можно представить как скорость, с которой заряд проходит через заданную поверхность, как:

язнак равноdQdт.{\ displaystyle I = {\ frac {\ mathrm {d} Q} {\ mathrm {d} t}} \ ,.}

Электролиты

Электрические токи в электролитах — это потоки электрически заряженных частиц ( ионов ). Например, если электрическое поле помещено в раствор Na ⁺ и Cl ^— (и условия подходящие), ионы натрия движутся к отрицательному электроду (катоду), а ионы хлора движутся к положительному электроду (аноду). На обеих поверхностях электродов происходят реакции, нейтрализующие каждый ион.

Водяной лед и определенные твердые электролиты, называемые протонными проводниками, содержат положительные ионы водорода (« протоны »), которые подвижны. В этих материалах электрические токи состоят из движущихся протонов, в отличие от движущихся электронов в металлах.

В некоторых смесях электролитов ярко окрашенные ионы являются движущимися электрическими зарядами. Медленное изменение цвета делает текущий видимым.

Газы и плазма

В воздухе и других обычных газах, находящихся ниже поля пробоя, основным источником электропроводности является относительно небольшое количество подвижных ионов, производимых радиоактивными газами, ультрафиолетовым светом или космическими лучами. Поскольку электрическая проводимость низкая, газы являются диэлектриками или изоляторами . Однако, как только приложенное электрическое поле приближается к значению пробоя , свободные электроны становятся достаточно ускоренными электрическим полем для создания дополнительных свободных электронов за счет столкновения и ионизации нейтральных атомов или молекул газа в процессе, называемом лавинным пробоем . В процессе пробоя образуется плазма, которая содержит достаточно подвижных электронов и положительных ионов, чтобы сделать ее электрическим проводником. При этом он образует светоизлучающий проводящий путь, такой как искра , дуга или молния .

Плазма — это состояние вещества, при котором некоторые электроны в газе «ионизируются» из своих молекул или атомов. Плазма может быть образована при высокой температуре или при приложении сильного электрического или переменного магнитного поля, как указано выше. Из-за своей меньшей массы электроны в плазме ускоряются быстрее в ответ на электрическое поле, чем более тяжелые положительные ионы, и, следовательно, переносят основную часть тока. Свободные ионы рекомбинируют, чтобы создать новые химические соединения (например, расщепляя атмосферный кислород на один кислород [O ₂ → 2O], который затем рекомбинирует с образованием озона [O ₃ ]).

Вакуум

Поскольку « идеальный вакуум » не содержит заряженных частиц, он обычно ведет себя как идеальный изолятор. Однако поверхности металлических электродов могут привести к тому, что область вакуума станет проводящей, инжектируя свободные электроны или ионы посредством автоэлектронной эмиссии или термоэлектронной эмиссии . Термоэлектронная излучение возникает , когда тепловая энергия превышает металл функцию работы , в то время как полевая эмиссия электронов имеет место , когда электрическое поле на поверхности металла достаточно высоко , чтобы вызвать туннелирование , что приводит к выбросу свободных электронов из металла в вакуум. Внешне подогрев электроды часто используются для создания электронного облака как в нити или косвенно нагревают катод из вакуумных трубок . Холодные электроды также могут самопроизвольно создавать электронные облака посредством термоэлектронной эмиссии, когда образуются небольшие области накаливания (так называемые катодные пятна или анодные пятна ). Это раскаленные области поверхности электрода, которые создаются локализованным сильным током. Эти области могут быть инициированы автоэлектронной эмиссией , но затем поддерживаются локальной термоэлектронной эмиссией после образования вакуумной дуги . Эти небольшие области, излучающие электроны, могут образовываться довольно быстро, даже со взрывом, на поверхности металла, подвергающейся воздействию сильного электрического поля. Вакуумные лампы и спритроны являются одними из электронных переключающих и усилительных устройств, основанных на вакуумной проводимости.

Сверхпроводимость

Сверхпроводимость — это явление точно нулевого электрического сопротивления и вытеснения магнитных полей, возникающих в некоторых материалах при охлаждении ниже характерной критической температуры . Он был открыт Хайке Камерлинг-Оннесом 8 апреля 1911 года в Лейдене . Подобно ферромагнетизму и атомным спектральным линиям , сверхпроводимость — это квантово-механическое явление. Он характеризуется эффектом Мейснера — полным выбросом силовых линий магнитного поля изнутри сверхпроводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. Возникновение эффекта Мейснера указывает на то, что сверхпроводимость нельзя понимать просто как идеализацию идеальной проводимости в классической физике .

Полупроводник

В полупроводнике иногда полезно думать о токе, как о потоке положительных « дырок » (подвижных носителей положительного заряда, которые являются местами, где в кристалле полупроводника отсутствует валентный электрон). Так обстоит дело с полупроводником p-типа. Полупроводник имеет промежуточную по величине электрическую проводимость между проводником и изолятором . Это означает проводимость примерно в диапазоне от 10 ^-2 до 10 ⁴ сименс на сантиметр (См-см ^-1 ).

В классических кристаллических полупроводниках электроны могут иметь энергию только в определенных диапазонах (т.е. диапазонах уровней энергии). Энергетически эти зоны расположены между энергией основного состояния, состояния, в котором электроны прочно связаны с атомными ядрами материала, и энергией свободного электрона, последняя описывает энергию, необходимую для того, чтобы электрон полностью покинул среду. материал. Каждая энергетическая зона соответствует множеству дискретных квантовых состояний электронов, и большинство состояний с низкой энергией (ближе к ядру) заняты, вплоть до определенной зоны, называемой валентной зоной . Полупроводники и изоляторы отличаются от металлов, потому что валентная зона в любом конкретном металле почти заполнена электронами в обычных рабочих условиях, в то время как очень мало (полупроводник) или практически нет (изолятор) из них доступны в зоне проводимости , зона непосредственно выше валентная зона.

Легкость возбуждения электронов в полупроводнике из валентной зоны в зону проводимости зависит от ширины запрещенной зоны между зонами. Размер этой запрещенной зоны служит произвольной разделительной линией (примерно 4 эВ ) между полупроводниками и изоляторами .

В случае ковалентных связей электрон перескакивает на соседнюю связь. Принцип исключения Паули требует, чтобы электрон был поднят в более высокое антисвязывающее состояние этой связи. Для делокализованных состояний, например в одном измерении, то есть в нанопроволоке , для каждой энергии существует состояние, в котором электроны текут в одном направлении, и другое состояние, в котором электроны текут в другом. Для протекания чистого тока должно быть занято больше состояний для одного направления, чем для другого направления. Для этого требуется энергия, поскольку в полупроводнике следующие более высокие состояния лежат выше запрещенной зоны. Часто об этом говорят так: полные полосы не влияют на электропроводность . Однако, когда температура полупроводника поднимается выше абсолютного нуля , в полупроводнике появляется больше энергии, которая тратится на колебания решетки и на возбуждение электронов в зоне проводимости. Электроны с током в зоне проводимости известны как свободные электроны , хотя их часто просто называют электронами, если это понятно из контекста.

Плотность тока и закон Ома

Плотность тока — это скорость, с которой заряд проходит через выбранную единицу площади. Он определяется как вектор , величина которого представляет собой ток на единицу площади поперечного сечения. Как уже обсуждалось в ссылочном направлении , направление является произвольным. Обычно, если движущиеся заряды положительны, то плотность тока имеет тот же знак, что и скорость зарядов. Для отрицательных зарядов знак плотности тока противоположен скорости заряда. В единицах СИ плотность тока (символ: j) выражается в основных единицах СИ — амперах на квадратный метр.

В линейных материалах, таких как металлы, и при низких частотах плотность тока на поверхности проводника одинакова. В таких условиях закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален разности потенциалов между двумя концами (поперек) этого металлического (идеального) резистора (или другого омического устройства ):

язнак равноVр,{\ Displaystyle I = {V \ над R} \ ,,}

где — ток, измеренный в амперах; — разность потенциалов , измеренная в вольтах ; и — сопротивление , измеренное в Ом . Для переменных токов , особенно на более высоких частотах, скин-эффект вызывает неравномерное распространение тока по поперечному сечению проводника с более высокой плотностью у поверхности, таким образом увеличивая кажущееся сопротивление.
я{\ displaystyle I}V{\ displaystyle V}р{\ displaystyle R}

Скорость дрейфа

Подвижные заряженные частицы внутри проводника постоянно движутся в случайных направлениях, как частицы газа . (Точнее, ферми-газ .) Чтобы создать чистый поток заряда, частицы также должны двигаться вместе со средней скоростью дрейфа. Электроны являются носителями заряда в большинстве металлов, и они движутся по беспорядочной траектории, отскакивая от атома к атому, но обычно дрейфуя в направлении, противоположном электрическому полю. Скорость, с которой они дрейфуют, можно рассчитать по уравнению:

язнак равнопАvQ,{\ Displaystyle I = nAvQ \ ,,}

где

я{\ displaystyle I} электрический ток

п{\ displaystyle n} количество заряженных частиц в единице объема (или плотность носителей заряда)

А{\ displaystyle A} площадь поперечного сечения проводника

v{\ displaystyle v}- скорость дрейфа , а

Q{\ displaystyle Q} — заряд каждой частицы.

Обычно электрические заряды в твердых телах текут медленно. Например, в медной проволоке сечением 0,5 мм ² , по которой течет ток 5 А, скорость дрейфа электронов составляет порядка миллиметра в секунду. Возьмем другой пример: в почти полном вакууме внутри электронно-лучевой трубки электроны движутся почти по прямым линиям со скоростью примерно в одну десятую скорости света .

Любой ускоряющий электрический заряд и, следовательно, любое изменение электрического тока порождает электромагнитную волну, которая распространяется с очень высокой скоростью за пределы поверхности проводника. Эта скорость обычно составляет значительную часть скорости света, как можно вывести из уравнений Максвелла , и поэтому во много раз превышает скорость дрейфа электронов. Например, в линиях электропередач переменного тока волны электромагнитной энергии распространяются через пространство между проводами, перемещаясь от источника к удаленной нагрузке , даже если электроны в проводах перемещаются вперед и назад только на небольшое расстояние.

Отношение скорости электромагнитной волны к скорости света в свободном пространстве называется коэффициентом скорости и зависит от электромагнитных свойств проводника и окружающих его изоляционных материалов, а также от их формы и размера.

Величины (не природа) этих трех скоростей можно проиллюстрировать аналогией с тремя аналогичными скоростями, связанными с газами. (См. Также аналогию с гидравликой .)

• Малая скорость дрейфа носителей заряда аналогична движению воздуха; другими словами, ветры.
• Высокая скорость электромагнитных волн примерно аналогична скорости звука в газе (звуковые волны движутся в воздухе намного быстрее, чем крупномасштабные движения, такие как конвекция ).
• Беспорядочное движение зарядов аналогично теплу — тепловой скорости случайно колеблющихся частиц газа.

Смотрите также

Примечания

Ссылки

Электрические напряжение и ток

Добавлено 23 сентября 2020 в 21:50

Сохранить или поделиться

Как упоминалось ранее, нам нужно нечто большее, чем просто непрерывный путь (т.е. цепь), чтобы возник непрерывный поток заряда: нам также нужны средства для толкания этих носителей заряда по цепи. Так же, как шарики в трубке или вода в трубе, для инициирования потока зарядам необходима какая-то воздействующая сила. В случае электронов эта сила – это та же сила, которая действует в статическом электричестве: сила, создаваемая дисбалансом электрического заряда. Если мы возьмем примеры с воском и шерстью, которые были натерты друг о друга, мы обнаружим, что избыток электронов в воске (отрицательный заряд) и дефицит электронов в шерсти (положительный заряд) создают дисбаланс заряда между ними. Этот дисбаланс проявляется как сила притяжения между двумя объектами:

Рисунок 1 – Притяжение воска и шерсти

Если между заряженными воском и шерстью поместить проводящий провод, электроны будут проходить через него, так как часть избыточных электронов в воске устремляются через провод, чтобы вернуться к шерсти, восполняя недостаток электронов там:

Рисунок 2 – Поток электронов между воском и шерстью

Дисбаланс электронов между атомами воска и атомами шерсти создает силу между этими двумя материалами. Поскольку электроны не могут перетекать от воска к шерсти, всё, что может сделать эта сила, – это притягивать два объекта друг к другу. Однако теперь, когда проводник организует мост через изолирующий разрыв, эта сила заставит электроны течь в одном направлении через провод, хотя бы на мгновение, пока заряд не нейтрализуется и сила между воском и шерстью не уменьшится. Электрический заряд, образующийся между этими двумя материалами при их трении друг о друга, служит для хранения определенного количества энергии. Эта энергия мало чем отличается от энергии, хранящейся в высоком резервуаре с водой, которая откачивается из пруда уровнем ниже:

Рисунок 3 – Водяной насос и накопление энергии

Влияние силы тяжести на воду в резервуаре создает силу, которая пытается снова опустить воду на более низкий уровень. Если проложить подходящую трубу от резервуара обратно к пруду, вода под действием силы тяжести потечет по ней вниз из резервуара:

Рисунок 4 – Высвобождение энергии воды

Для перекачивания этой воды из пруда на нижнем уровне в резервуар на верхнем уровне требуется энергия, а движение воды по трубопроводу обратно к исходному уровню представляет собой высвобождение энергии, накопленной при предыдущей откачке. Если вода перекачивается на еще более высокий уровень, для этого потребуется еще больше энергии, таким образом, будет сохранено больше энергии, и больше энергии будет высвобождено, если воде позволить снова течь по трубе обратно вниз:

Рисунок 5 – Большее количество энергии, хранимое водой

Электроны мало чем отличаются. Натирая воск и шерсть друг об друга, мы «выкачиваем» электроны с их обычных «уровней», создавая условия, при которых между воском и шерстью существует сила, поскольку электроны стремятся восстановить свои прежние положения (и вернуться в свои атомы). Сила, притягивающая электроны обратно в исходное положение вокруг положительных ядер их атомов, аналогична силе гравитации, действующей на воду в резервуаре, и пытающейся вернуть ее на прежний уровень. Подобно тому, как перекачка воды на более высокий уровень приводит к накоплению энергии, «перекачка» электронов для создания дисбаланса электрического заряда приводит к накоплению определенного количества энергии в этом дисбалансе. И точно так же, как обеспечение возможности стекать воде обратно с высоты резервуара приводит к высвобождению этой накопленной энергии, предоставление возможности электронам течь обратно к их исходным «уровням» тоже приводит к высвобождению накопленной энергии. Когда носители заряда находятся в этом статическом состоянии (точно так же, как вода неподвижно находится в верхнем резервуаре), энергия, хранящаяся там, называется потенциальной энергией, потому что у нее есть возможность (потенциал) высвобождения, которая еще не реализована полностью.

Понятие концепции напряжения

Когда носители заряда находятся в этом статическом состоянии (точно так же, как вода неподвижно находится в верхнем резервуаре), энергия, хранящаяся там, называется потенциальной энергией, потому что у нее есть возможность (потенциал) высвобождения, которая еще не реализована полностью. Когда вы трете обувь с резиновой подошвой о тканевый ковер в сухой день, вы создаете дисбаланс электрического заряда между вами и ковром. При шаркании ногами накапливается энергия в виде дисбаланса зарядов, вытесняемых из их первоначальных мест. Этот заряд (статическое электричество) является неподвижным, и вы не заметите, что эта энергия вообще накапливается. Однако, как только вы положите руку на металлическую дверную ручку (с большой подвижностью электронов для нейтрализации вашего электрического заряда), эта накопленная энергия высвободится в виде внезапного потока заряда через вашу руку, и вы воспримите это как удар электрическим током! Эта потенциальная энергия, хранящаяся в виде дисбаланса электрического заряда и способная вызывать прохождение носителей заряда через проводник, может быть выражена термином под названием напряжение, которое технически является мерой потенциальной энергии на единицу заряда или чем-то, что физик мог бы называют удельной потенциальной энергией.

Определение напряжения

В контексте статического электричества напряжение – это количество работы, необходимое для перемещения единичного заряда из одного места в другое, против действующей силы, которая пытается сохранить баланс электрических зарядов. В контексте источников электроэнергии напряжение – это количество доступной потенциальной энергии (работа, которую необходимо выполнить) на единицу заряда для перемещения зарядов через проводник. Поскольку напряжение – это выражение потенциальной энергии, представляющее возможность или потенциал для выделения энергии, когда заряд перемещается с одного «уровня» на другой, оно всегда находится между двумя точками. Рассмотрим аналогию с резервуаром:

Рисунок 6 – Энергия в зависимости от высоты падения

Из-за разницы в высоте падения при перемещении воды через трубопровод до точки 2 будет высвобождено больше энергии, чем при перемещении до точки 1. Эту идею можно интуитивно понять, рассмотрев падение камня: в результате чего будет получен более сильный удар, при падении камня с высоты одного фута или при падении этого же камня с высоты одной мили? Очевидно, что падение с большей высоты приводит к высвобождению большей энергии (более сильному удару). Мы не можем оценить количество накопленной энергии в водном резервуаре, просто измерив объем воды, точно так же, как мы не можем предсказать серьезность удара падающей породы, просто зная вес камня: в обоих случаях мы также должны учитывать, насколько далеко эти массы упадут с их начальной высоты. Количество энергии, высвобождаемой при падении массы, зависит от расстояния между ее начальной и конечной точками. Точно так же потенциальная энергия, доступная для перемещения носителей заряда из одной точки в другую, зависит от этих двух точек. Следовательно, напряжение всегда выражается как величина между двумя точками. Довольно интересно, что аналогия с массой, потенциально «падающей» с одной высоты на другую, является настолько удачной моделью, что напряжение между двумя точками иногда называют падением напряжения.

Генерирование напряжения

Кроме трения материалов определенных типов друг о друга, напряжение может создаваться и другими способами. Химические реакции, энергия излучения и влияние магнетизма на проводники – вот несколько способов, которыми может создаваться напряжение. Соответствующими примерами этих трех источников напряжения являются батареи, солнечные элементы и генераторы (например, «генератор переменного тока» под капотом вашего автомобиля). На данный момент мы не будем вдаваться в подробности того, как работает каждый из этих источников напряжения – более важно то, что мы понимаем, как источники напряжения могут применяться для создания потока зарядов в электрической цепи. Давайте возьмем обозначение химической батареи и шаг за шагом построим цепь:

Рисунок 7 – Пример батареи

Как работают источники напряжения?

Любой источник напряжения, включая аккумуляторы, имеет две точки для электрического контакта. В этом случае на рисунке выше у нас есть точка 1 и точка 2. Горизонтальные линии разной длины указывают на то, что это батарея, и дополнительно указывают направление, в котором напряжение этой батареи будет пытаться протолкнуть носители заряда по цепи. Тот факт, что горизонтальные линии в символе батареи кажутся разделенными (и, таким образом, не могут служить путем для потока заряда), не причина для беспокойства: в реальной жизни эти горизонтальные линии представляют собой металлические пластины, погруженные в жидкий или полутвердый материал, который не только проводит заряды, но и генерирует напряжение, которое толкает их, взаимодействуя с пластинами. Обратите внимание на маленькие значки «+» и «-» непосредственно слева от символа батареи. Отрицательный (-) конец батареи всегда является концом с самой короткой линией, а положительный (+) конец батареи всегда является концом с самой длинной линией. Положительный конец батареи – это конец, который пытается вытолкнуть из нее носители заряда (помните, что по соглашению мы думаем, что носители заряда положительно заряжены, даже если электроны заряжены отрицательно). Точно так же отрицательный конец – это конец, который пытается притянуть носители заряда. Когда «+» и «-» концы батареи ни к чему не подключены, между этими двумя точками будет напряжение, но потока зарядов через батарею не будет, потому что нет непрерывного пути, по которому могут перемещаться носители заряда.

Рисунок 8 – Аналогия резервуаров с водой

Тот же принцип справедлив и для аналогии с резервуаром для воды и насосом: без обратной трубы, по которой вода могла бы сливаться обратно в пруд, накопленная энергия в резервуаре не может быть выпущена в виде потока воды. Как только резервуар будет полностью заполнен, поток не может возникнуть, независимо от того, какое давление может создать насос. Для обеспечения непрерывного потока должен существовать полный путь (контур), по которому вода течет из пруда в резервуар и обратно в пруд. Мы можем обеспечить такой путь для батареи, соединив кусок провода от одного конца батареи к другому. Формируя цепь с петлей из проволоки, мы инициируем непрерывный поток зарядов по часовой стрелке:

Рисунок 9 – Электрическая цепь и аналогия с резервуарами

Понятие концепции электрического тока

Пока батарея продолжает вырабатывать напряжение и непрерывность электрического пути не нарушена, носители заряда будут продолжать течь по цепи. Следуя аналогии с водой, движущейся по трубе, этот непрерывный, равномерный поток зарядов через цепь называется электрическим током. Пока источник напряжения продолжает «толкать» в одном направлении, носители заряда будут продолжать двигаться в том же направлении в цепи. Этот однонаправленный поток тока называется постоянным током (Direct Current, или DC). Во втором томе этой серии книг исследуются электрические цепи, в которых направление тока переключается назад и вперед: переменный ток (Alternating Current, или AC). Но пока мы займемся просто цепями постоянного тока. Поскольку электрический ток состоит из отдельных носителей заряда, протекающих через проводник в унисон, перемещающихся и толкающих носителей заряда впереди, точно так же, как шарики в трубе или вода в трубе, величина потока в одиночной цепи будет одинаковой в любой ее точке. Если бы мы отслеживали поперечное сечение провода в одиночной цепи, подсчитывая протекающих носителей заряда, мы бы заметили точно такое же количество в единицу времени, что и в любой другой части цепи, независимо от длины или диаметра проводника. Если мы нарушим непрерывность цепи в какой-либо ее точке, электрический ток прекратится во всем контуре, и в разрыве, между концами проводов, которые раньше были соединены, появится полное напряжение, генерируемое батареей:

Рисунок 10 – Напряжение на аккумуляторной батарее

Что такое полярность падения напряжения?

Обратите внимание на знаки «+» и «-», нарисованные на концах разрыва цепи, и то, как они соответствуют знакам «+» и «-» рядом с выводами батареи. Эти обозначения указывают направление, в котором напряжение пытается подтолкнуть ток, это направление потенциала, обычно называемое полярностью. Помните, что напряжение измеряется всегда относительно между двух точек. По этой причине полярность падения напряжения также является относительной между двумя точками: будет ли точка в цепи помечена знаком «+» или «-», зависит от другой точки, относительно которой выполняется измерение. Взгляните на следующую схему, где каждый угол петли для справки отмечен номером:

Рисунок 11 – Разрыв цепи, тока нет

При нарушении целостности цепи между точками 2 и 3, полярность падения напряжения между точками 2 и 3 будет «+» для точки 2 и «-» для точки 3. Полярность батареи (1 «+» и 4 «-») пытается протолкнуть ток через петлю по часовой стрелке от 1 до 2, до 3, до 4 и снова обратно к 1. Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы снова соединим точки 2 и 3 вместе, но сделаем разрыв цепи между точками 3 и 4:

Рисунок 12 – Разрыв цепи, тока нет

При разрыве между 3 и 4 полярность падения напряжения между этими двумя точками будет «-» для 4 и «+» для 3. Обратите особое внимание на тот факт, что «знак» точки 3 противоположен знаку в первом примере, где разрыв был между точками 2 и 3 (где точка 3 была помечена «-»). Мы не можем сказать, что точка 3 в этой цепи всегда будет либо «+», либо «-», потому что полярность, как и само напряжение, не зависит от одной точки, они всегда относительны и зависят от двух точек!

Резюме

• Носители заряда могут быть побуждены течь через проводник той же силой, что проявляется в статическом электричестве.
• Напряжение – это мера удельной потенциальной энергии (потенциальной энергии на единицу заряда) между двумя точками. С точки зрения дилетанта, это мера «толкания», позволяющая побуждать заряд перемещаться.
• Напряжение, как выражение потенциальной энергии, всегда относительно и измеряется между двумя точками. Иногда его называют «падением напряжения».
• Когда источник напряжения подключен к цепи, напряжение вызовет равномерный поток носителей заряда через эту цепь, называемый электрическим током.
• В одиночной (однопетлевой) цепи величина тока в любой точке равна величине тока в любой другой точке.
• При разрыве цепи, содержащей источник напряжения, в точках разрыва появится полное напряжение этого источника.
• +/- ориентация падения напряжения называется полярностью. Она также является относительной между двумя точками.

Оригинал статьи:

Теги

ОбучениеЭлектрический токЭлектрическое напряжениеЭлектричествоЭлектрон

Сохранить или поделиться

Лекция по теме 1.1. «Постоянный электрический ток»

Лекция по теме 1.1. «Постоянный электрический ток».

План

1. Что такое электрический ток

2. Проводники и диэлектрики

3.Направление движения электрического тока

4.Основные параметры тока

5.Закон Ома

1.Что такое электрический ток

Электрический ток представляет собой направленное движение  заряженных элементарных частиц от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому, например, под воздействием электрического поля.

2.Проводники и диэлектрики

Заряженные частицы,  способные перемещаться, существуют только в определённых веществах, называемыхпроводниками. 
Другими словами, проводники — это тела, в которых имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этих тел.

Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны:

Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов.

Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма).

Вещества, не содержащие свободных носителей заряда, принадлежат к категории диэлектриков (изоляторов).

3.Направление движения электрического тока

В различных средах электрический ток обусловлен движением различных зарядов, как отрицательных (электронов), так и положительных (положительных и отрицательных ионов).

Возникает вопрос, движение каких частиц принять за направление движения электротока?

Волевым путём за направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц, а в том случае, если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения этих частиц.
Хотя не все согласны с таким выбором. Например, при описании работы выпрямителей, часто за направление движения принимают именно направление движения отрицательно заряженных частиц.

Кроме того, многие исследователи считают, что заряженные частицы разных знаков вообще движутся в противоположные стороны одновременно и говорить о направлении движения тока не имеет смысла!

4.Основные параметры тока

Напряжение

Чтобы движение свободных электронов в проводнике от одного полюса  к другому было возможным, между полюсами должна существовать разность потенциалов или напряжение. Напряжение (U) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда к величине перемещаемого заряда на участке цепи.

U=A/q

Пример:

В качестве примера потенциала можно привести некоторый груз лежащий на горе. Чем выше гора, тем большей силы удар может нанести это груз при падении. Разность потенциалов в этом случае — разница между высотой горы и точкой падения. 

Также и с электричеством: если в некоторой точке потенциал 220V, а в другой 0V, то напряжение (разность потенциалов) равно 220 – 0 = 220V. 
А если в первой точке потенциал 220V, а в другой 50V, то напряжение (разность потенциалов) равно 220 – 50 = 170V.

Напряжение измеряется в вольтах (В).

Сила тока

Количество заряженных частиц, проходящее через поперечное сечение  проводника в единицу времени, может быть разным. Оно определяет один из важнейших параметров — силу тока.

Если вместо заряженных частиц представить поток воды в трубе, то то количество воды проходящей через поперечное сечение  трубы является аналогом силы тока в проводнике.

Сила (величина) тока измеряется в амперах (А).

Сопротивление

Так уж повелось, что любое движение в нашем мире не обходится без сопротивления. Например, человеку трудно пройти через толпу из-за сопротивления встречных людей, или автомобиль с выключенным мотором обязятельно остановится из-за трения качения.

Способность проводника препятствовать прохождению тока называется сопротивлением. Оно зависит от материала, длины и сечения материала. Сопротивление может проявляться, в частности, в нагреве проводника.

Интересно, что сопротивление может меняться:

• Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры.

• У полупроводников сопротивление сильно уменьшается при повышении температуры.

• У некоторых металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление скачком уменьшается до нуля(явление сверхпроводимости).

В таблицах значения удельного сопротивления проводников обычно приводятся для температуры 20°C. Сопротивление или удельное сопротивление при других значениях температуры можно найти пересчетом.

Сопротивление зависит от размеров проводника: чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление, но в то же время, чем больше сечение проводника, тем сопротивление меньше.

Сопротивление измеряется в омах (Ом).

5.Закон Ома

Сила ток, напряжение и сопротивление связаны между собой законом Ома, который гласит: «Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению»:

I=U/R

Мощность

Электрические приборы и машины окружают человека повсеместно, выполняя самые разные работы. Одним из их важнейших параметров является мощность.

Мощность электрического тока это работа, совершаемая током за единицу времени.

Работа, совершаемая электрическим током подсчитывается по формуле А=UIt.

А мощность по формуле P=I²R.

Также используются формулы P=IU, или P=U²/R.

Мощность измеряется в ваттах (W). 1000 ватт составляют 1 киловатт.

Один ватт — есть мощность, которую развивает электрический ток величиной в один ампер при напряжении в один вольт.

Что такое постоянный ток и его применение.

Ток, который не меняет своего направления называется постоянным. При этом он может менять свою величину.

Постоянный ток применяется:

• в высоковольтных линиях электропередач (500 кV), так как если применять переменный ток, такого же действующие напряжения, учитывая амплитудные значения напряжений и их перепад, эти напряжения могут в несколько раз превышать величину напряжения постоянного тока, это требует дополнительных затрат на изоляционные материалы и значительно удорожает ЛЭП. 

• в контактной сети электротранспорта до 3000V, 

• в прокатных станах и других устройствах с тяжелыми условиями пуска электродвигателей до 1000V,

• в сети грузоподъемных механизмов до 500V,

• в различных приборах, переносных, бытовых, например, переносные фонари, магнитофоны, диагностические приборы различного назначения.

В условиях тяжелого запуска, когда большой пусковой момент (прокатные станы, электротранспорти т. д.) или требуется плавное регулирование скорости и пускового момента (тягового усилия) применяют двигатели постоянного тока

Этот вид тока чаще всего встречается в различных элементах питания: батарейках и аккумуляторах. Например, в компьютерах для питания микросхемы CMOS применяются батарейки напряженим 3V, в автомобилях аккумуляторы имеют напряжение 12V, в строительной технике — 24V.

Источник постоянного тока имеет две клеммы (разъёма): плюс (+) и минус (-). Нажав на кнопку включения на схеме расположенной ниже, можно видеть как постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) через лампочку к минусовой (-).

Постоянный ток

Постоянный ток (красная кривая). Горизонтальная ось измеряет время; вертикальный, ток или напряжение.

Постоянный ток ( DC ) — это однонаправленный поток электрического заряда. Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа динамо-типа. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках.Электрический заряд течет в постоянном направлении, отличая его от переменного тока (AC). Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока , был гальванический ток . ^[1]

Виды постоянного тока.

Постоянный ток может быть получен от источника переменного тока с помощью устройства переключения тока, называемого выпрямителем, которое содержит электронные элементы (обычно) или электромеханические элементы (исторически), которые позволяют току течь только в одном направлении.Постоянный ток может быть преобразован в переменный ток с помощью инвертора или мотор-генератора.

Первая коммерческая передача электроэнергии (разработанная Томасом Эдисоном в конце девятнадцатого века) использовала постоянный ток. Из-за значительных преимуществ переменного тока перед постоянным при преобразовании и передаче, сегодня распределение электроэнергии почти полностью осуществляется на переменном токе. В середине 1950-х годов была разработана система передачи постоянного тока высокого напряжения, которая теперь заменяет старые высоковольтные системы переменного тока.Для приложений, требующих постоянного тока, таких как энергосистемы третьего рельса, переменный ток распределяется на подстанцию, которая использует выпрямитель для преобразования мощности в постоянный ток. См. War of Currents .

Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов и почти во всех электронных системах в качестве источника питания. Очень большие количества энергии постоянного тока используются в производстве алюминия и других электрохимических процессах. Постоянный ток используется для некоторых железнодорожных движителей, особенно в городских районах.Постоянный ток высокого напряжения используется для передачи большого количества энергии от удаленных объектов генерации или для соединения электрических сетей переменного тока.

Различные определения

В области электротехники термин DC используется для обозначения энергосистем, в которых используется только одна полярность напряжения или тока, и для обозначения постоянного, нулевого или медленно меняющегося местного среднего значения напряжения или тока. ^[2] Например, напряжение на источнике постоянного напряжения постоянно, как и ток через источник постоянного тока.Решение для электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую стационарную форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму составляющей постоянного тока и изменяющейся во времени составляющей с нулевым средним значением; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение или среднее значение напряжения или тока за все время.

Хотя DC означает «постоянный ток», DC часто означает «постоянная полярность». Согласно этому определению, напряжения постоянного тока могут меняться во времени, что видно по необработанному выходному сигналу выпрямителя или колебаниям голосового сигнала в телефонной линии.

Некоторые формы постоянного тока (например, вырабатываемые регулятором напряжения) почти не имеют изменений напряжения, но могут иметь изменения в выходной мощности и токе.

Приложения

Установки постоянного тока обычно имеют разные типы розеток, выключателей и приспособлений, в основном из-за используемых низких напряжений, чем те, которые подходят для переменного тока. Обычно важно не менять полярность устройства постоянного тока, если в устройстве нет диодного моста для исправления этого положения (в большинстве устройств с батарейным питанием этого нет).

Этот символ встречается на многих электронных устройствах, которые требуют или вырабатывают постоянный ток.

DC обычно используется во многих низковольтных приложениях, особенно там, где они питаются от батарей, которые могут производить только постоянный ток, или в системах солнечной энергии, поскольку солнечные элементы могут производить только постоянный ток. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока — это устройство переменного тока, которое использует выпрямитель для производства постоянного тока. Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока. Приложения, использующие топливные элементы (смешивание водорода и кислорода вместе с катализатором для производства электроэнергии и воды в качестве побочных продуктов), также производят только постоянный ток.

Многие телефоны подключаются к витой паре проводов и внутренне отделяют переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от составляющей постоянного напряжения между двумя проводами (используемой для питания телефона).

Коммуникационное оборудование телефонной станции, такое как DSLAM, использует стандартный источник питания -48 В постоянного тока. Отрицательная полярность достигается заземлением положительной клеммы системы питания и аккумуляторной батареи. Это сделано для предотвращения отложения электролиза.

См. Также

Список литературы

Внешние ссылки

Что такое схема? — learn.sparkfun.com

Обзор

Добро пожаловать на трассу 101! Одна из первых вещей, с которыми вы столкнетесь при изучении электроники, — это концепция схемы . Этот учебник объяснит, что такое схема, а также более подробно обсудит напряжение .

Простая схема, состоящая из кнопки, светодиода и резистора, построена двумя разными способами.

Рекомендуемая литература

Есть несколько концепций, которые вы должны хорошо понимать, чтобы извлечь максимальную пользу из этого руководства.

Основы схемотехники

Напряжение и принцип работы

Вы, наверное, слышали, что в аккумуляторе или сетевой розетке определенное количество вольт . Это измерение электрического потенциала , создаваемого аккумулятором или электросетью, подключенной к розетке.

Все эти вольт ждут, пока вы ими воспользуетесь, но есть одна загвоздка: для того, чтобы электричество выполняло любую работу, оно должно иметь возможность перемещать .Это что-то вроде надутого воздушного шара; если отщипнуть его, там будет воздух, и может что-то сделать, если его отпустить, но на самом деле он ничего не сделает, пока вы его не выпустите.

В отличие от воздуха, выходящего из воздушного шара, электричество может проходить только через материалы, которые могут проводить электричество, например, медный провод. Если вы подключите провод к батарее или настенной розетке ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: напряжение в розетке опасно, не делайте этого!), Вы дадите электричеству дорогу, по которой можно будет двигаться.Но если провод ни к чему не подключен, электричеству некуда будет идти и оно все равно не будет двигаться.

Что заставляет электричество двигаться? Электричество хочет перейти от более высокого напряжения к более низкому напряжению. Это в точности похоже на воздушный шар: сжатый воздух в воздушном шаре хочет вытечь изнутри шара (более высокое давление) наружу (более низкое давление). Если вы создадите токопроводящий путь между более высоким и более низким напряжением, по нему будет течь электричество.И если вы вставите что-то полезное в этот путь, например, светодиод, протекающее электричество будет делать некоторую работу за вас, например, зажигать этот светодиод. Ура!

Итак, где вы найдете более высокое и более низкое напряжение? Вот что действительно полезно знать: у каждого источника электричества есть две стороны . Вы можете увидеть это на батареях, у которых с обоих концов есть металлические заглушки, или на розетке с двумя (или более) отверстиями. В аккумуляторах и других источниках напряжения постоянного тока эти стороны (часто называемые клеммами ) обозначаются как положительный (или «+») и отрицательный (или «-»).

Почему у каждого источника электричества есть две стороны? Это восходит к идее «потенциала» и того, что вам нужна разность напряжений, чтобы заставить электричество течь. Это звучит глупо, но у вас не может быть разницы без двух разных вещей. В любом источнике питания положительная сторона будет иметь более высокое напряжение, чем отрицательная сторона, а это именно то, что нам нужно. Фактически, когда мы измеряем напряжение, мы обычно говорим, что отрицательная сторона составляет 0 вольт, а положительная сторона — столько вольт, сколько может обеспечить источник питания.

Электрические источники подобны насосам. У насосов всегда есть две стороны: выход, который что-то выдувает, и вход, который что-то всасывает. Батареи, генераторы и солнечные панели работают одинаково. Что-то внутри них усердно работает, перемещая электричество к розетке (положительная сторона), но все это электричество, покидающее устройство, создает пустоту, а это означает, что отрицательная сторона должна втянуть электричество, чтобы заменить его. *

Что мы узнали на данный момент?

• Напряжение потенциально, но электричество должно течь, чтобы делать что-нибудь полезное.
• Электричеству нужен путь, через который должен проходить электрический провод, например медный провод.
• Электричество перетекает с более высокого напряжения на более низкое.

Источники напряжения постоянного тока

• всегда имеют две стороны, называемые положительной и отрицательной, причем положительная сторона имеет более высокое напряжение, чем отрицательная сторона.

Простейшая схема

Наконец-то мы готовы заставить электричество работать на нас! Если мы подключим положительную сторону источника напряжения через что-то, что выполняет некоторую работу, например, светоизлучающий диод (LED), и обратно к отрицательной стороне источника напряжения; электричество, или текущий , будет течь.И мы можем поместить на путь вещи, которые делают полезные вещи, когда через них течет ток, например, светодиоды, которые загораются.

Этот круговой путь, который всегда требуется для подачи электричества и выполнения чего-либо полезного, называется цепью. Схема — это путь, который начинается и заканчивается в одном и том же месте, что мы и делаем.

Щелкните эту ссылку, чтобы увидеть симуляцию тока, протекающего по простой цепи. Для этого моделирования требуется запуск Java.

* Бенджамин Франклин первоначально писал, что электричество течет с положительной стороны источника напряжения на отрицательную.Однако Франклин не мог знать, что электроны на самом деле текут в противоположном направлении — на атомном уровне они выходят из отрицательной стороны и возвращаются обратно в положительную сторону. Поскольку инженеры следовали примеру Франклина на протяжении сотен лет, прежде чем правда была открыта, мы до сих пор используем «неправильное» соглашение. Практически говоря, эта деталь не имеет значения, и пока все используют одно и то же соглашение, мы все можем создавать схемы, которые работают нормально.

Короткие и открытые цепи

Что такое «нагрузка»?

Причина, по которой мы хотим создавать электрические цепи, — заставить электричество делать для нас полезные вещи.Мы делаем это, вставляя в цепь элементы, которые используют текущий поток для включения, создания шума, запуска программ и т. Д.

Эти вещи называются нагрузками , потому что они «нагружают» источник питания, точно так же, как вы «загружаетесь», когда что-то несете. Точно так же, как вы можете быть загружены слишком большим весом, вы можете слишком сильно перегрузить источник питания, что замедлит ток. Но, в отличие от вас, также возможно слишком мало нагружать цепь — это может позволить слишком большому току протекать (представьте, что бежите слишком быстро, если вы не несете никакого веса), что может сжечь ваши детали или даже источник питания.

Из следующего руководства вы узнаете все о напряжении, токе и нагрузках: напряжение, ток, сопротивление и закон Ома. Но пока давайте узнаем о двух особых случаях цепи: короткое замыкание и обрыв . Информация об этом очень поможет при устранении неполадок в собственных цепях.

Короткое замыкание

НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО, но если вы подключите провод напрямую от положительной к отрицательной стороне источника питания, вы создадите так называемое короткое замыкание .Это очень плохая идея.

Кажется, это лучшая схема, так почему же это плохая идея? Помните, что электрический ток хочет течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению, и если вы добавите нагрузку в ток, вы можете сделать что-то полезное, например, зажечь светодиод.

Если у вас ДЕЙСТВИТЕЛЬНО есть нагрузка по току, ток, протекающий через вашу цепь, будет ограничен тем, что потребляет ваше устройство, что обычно очень мало. Однако, если вы НЕ помещаете ничего, чтобы ограничить текущий поток, не будет ничего, что могло бы замедлить ток, и он будет пытаться быть бесконечным!

Ваш блок питания не может обеспечить бесконечный ток, но он будет обеспечивать его столько, сколько может, а это может быть много.Это может привести к возгоранию вашего провода, повреждению источника питания, разрядке аккумулятора или другим интересным вещам. В большинстве случаев в ваш источник питания будет встроен какой-то механизм безопасности, чтобы ограничить максимальный ток в случае короткого замыкания, но не всегда. По этой причине во всех домах и зданиях есть автоматические выключатели, чтобы предотвратить возникновение пожара в случае короткого замыкания где-либо в проводке.

Тесно связанная проблема — случайно пропустить слишком большой ток через часть вашей цепи, что приведет к ее сгоранию.Это не совсем короткое замыкание, но оно близко. Чаще всего это происходит, когда вы используете неправильное значение резистора , которое пропускает слишком большой ток через другой компонент, такой как светодиод.

Итог: если вы заметили, что вещи внезапно нагреваются или какая-то деталь внезапно перегорает, немедленно отключайте питание и ищите возможные короткие замыкания.

Обрыв цепи

Противоположность короткому замыканию — обрыв цепи .Это схема, в которой петля не полностью подключена (и, следовательно, это вообще не схема).

В отличие от короткого замыкания, описанного выше, эта «цепь» ничего не повредит, но и ваша схема не будет работать. Если вы новичок в схемах, часто бывает трудно найти место разрыва, особенно если вы используете макетные платы, где все проводники скрыты.

Если ваша цепь не работает, наиболее вероятная причина — обрыв цепи. Обычно это происходит из-за обрыва соединения или ослабленного провода.(Короткое замыкание может украсть всю мощность у остальной части вашей схемы, поэтому обязательно ищите и их.)

СОВЕТ: , если вы не можете легко найти, где ваша цепь разомкнута, мультиметр может быть очень полезным инструментом. Если вы настроите его для измерения вольт, вы можете использовать его для проверки напряжения в различных точках вашей цепи с питанием и, в конечном итоге, найти точку, в которой напряжение не проходит.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вы только что узнали, в самом простом виде, что такое схема.По мере продолжения обучения вы столкнетесь с более сложными схемами, имеющими несколько контуров и намного больше электронных компонентов. Но ВСЕ схемы, какими бы сложными они ни были, будут следовать тем же правилам, что и базовая схема с одним контуром, о которой вы только что узнали.

Ваше путешествие в мир электроники только начинается. Предлагаем следующие темы для изучения:

• Макетные платы — полезные инструменты, которые позволяют быстро создавать временные схемы с помощью перемычек.Мы используем их постоянно. Вы также можете освоить работу с проводом, чтобы помочь себе построить свои схемы.
• Мультиметр позволяет измерять напряжение, ток и сопротивление и является большим подспорьем при поиске и устранении неисправностей в цепях.
• Цепи бывают разных размеров, форм и конфигураций. Ознакомьтесь с учебником по последовательным и параллельным цепям, чтобы увидеть, как схемы переходят на новый уровень.

Вот несколько руководств по наиболее распространенным компонентам, которые вы будете использовать при построении схем.

• Отличный способ узнать о схемах — это начать их делать. Наше руководство по светодиодам покажет, как зажечь один или несколько светодиодов.

Резисторы

• — один из наиболее широко используемых компонентов в схемах.
• Конденсаторы также встречаются в большинстве схем. Как и диоды.

Что такое HVDC (передача постоянного тока высокого напряжения)? — Работа, преимущества и недостатки HVDC

Определение : Системы электропитания постоянного тока высокого напряжения (HVDC) используют D.C. для передачи большой мощности на большие расстояния. Для передачи электроэнергии на большие расстояния линии HVDC менее дороги, а потери меньше по сравнению с передачей переменного тока. Он соединяет сети с разными частотами и характеристиками.

При передаче переменного тока по линии проходят переменные волны напряжения и тока, которые меняют свое направление каждую миллисекунду; из-за чего происходят потери в виде тепла. В отличие от линий переменного тока, волны напряжения и тока не меняют своего направления на постоянном токе.Линии HVDC повышают эффективность линий передачи, благодаря чему мощность передается быстро.

В комбинированной системе переменного и постоянного тока генерируемое переменное напряжение преобразуется в постоянное на передающей стороне. Затем напряжение постоянного тока инвертируется в переменное на приемном конце для целей распределения. Таким образом, оборудование преобразования и инверсии также необходимо на двух концах линии. Передача HVDC экономична только для линий электропередачи на большие расстояния длиной более 600 км и для подземных кабелей длиной более 50 км.

Как работает система передачи HVDC?

На генерирующей подстанции вырабатывается энергия переменного тока, которая может быть преобразована в постоянный ток с помощью выпрямителя. В подстанции HVDC или преобразовательной подстанции выпрямители и инверторы размещаются на обоих концах линии. Клемма выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный, а клемма инвертора преобразует постоянный ток в переменный.

Постоянный ток течет по воздушным линиям, и на стороне пользователя постоянный ток снова преобразуется в переменный ток с помощью инверторов, которые устанавливаются на преобразовательной подстанции.Мощность на передающем и принимающем концах линии остается неизменной. Постоянный ток передается на большие расстояния, поскольку снижает потери и повышает эффективность.

Система, имеющая более двух преобразовательных станций и одну линию передачи, называется «двухконечной системой постоянного тока» или «двухточечной системой». Точно так же, если подстанция имеет более двух преобразовательных станций и соединяющих между собой оконечные линии постоянного тока, она называется многополюсной подстанцией постоянного тока.

Экономическое расстояние для линий электропередачи постоянного тока

линий постоянного тока дешевле, чем линии переменного тока, но стоимость оконечного оборудования постоянного тока очень высока по сравнению с оконечными кабелями переменного тока (показано на графике ниже).Таким образом, первоначальная стоимость высока в системе передачи HVDC и низка в системе переменного тока.

Точка пересечения двух кривых называется расстоянием безубыточности . Выше точки безубыточности система HVDC становится дешевле. Дальность безубыточности изменяется от 500 до 900 км в воздушных линиях электропередачи.

Преимущества трансмиссий HVDC

1. Требуется меньшее количество проводов и изоляторов, что снижает стоимость всей системы.
2. Требуется меньше межфазного и межфазного расстояния.
3. Их башни дешевле и дешевле.
4. Меньшие потери на коронный разряд меньше по сравнению с линиями передачи HVAC аналогичной мощности.
5. Потери мощности уменьшаются с помощью постоянного тока, поскольку для передачи энергии требуется меньшее количество линий.
6. В системе HVDC используется возврат на землю. Если в одном полюсе происходит какое-либо замыкание, другой полюс с «возвратной землей» ведет себя как независимая цепь. Это приводит к более гибкой системе.
7. HVDC имеет асинхронное соединение между двумя станциями переменного тока, соединенными через линию HVDC; то есть передача энергии не зависит от частот передачи к частотам приемного конца. Следовательно, он соединяет две подстанции с разными частотами.
8. Из-за отсутствия частоты в линии HVDC потери, такие как скин-эффект и эффект близости, в системе не возникают.
9. Он не генерирует и не поглощает реактивную мощность. Таким образом, нет необходимости в компенсации реактивной мощности.
10. Очень точная мощность без потерь проходит через промежуточный контур.

Недостатки передачи HVDC

1. Преобразовательные подстанции размещаются как на передающей, так и на приемной стороне линий передачи, что приводит к увеличению стоимости.
2. Клеммы инвертора и выпрямителя генерируют гармоники, которые можно уменьшить, используя активные фильтры, которые также очень дороги.
3. Если на подстанции переменного тока возникает неисправность, это может привести к отключению электроэнергии для подстанции постоянного тока высокого напряжения, расположенной рядом с ней

Инвертор

4. , используемый в преобразовательных подстанциях, имеет ограниченную перегрузочную способность.

Автоматические выключатели

5. используются в высоковольтных сетях постоянного тока для размыкания цепи, что также очень дорого.
6. Не имеет трансформаторов для изменения уровней напряжения.
7. В преобразовательной подстанции возникают тепловые потери, которые необходимо уменьшить за счет использования активной системы охлаждения.

Само соединение

8. HVDC тоже очень сложное .

Заключение

Учитывая все преимущества постоянного тока, кажется, что линии HVDC более эффективны, чем линии переменного тока.Но начальная стоимость подстанции HVDC очень высока, а их подстанционное оборудование довольно сложное. Таким образом, для передачи на большие расстояния предпочтительно, чтобы мощность генерировалась в переменном токе, а для передачи она преобразуется в постоянный ток, а затем снова преобразуется обратно в AC для конечного использования. Эта система экономична, а также повышает эффективность системы.

Также См. Различные типы линий HVDC.

Что такое постоянный или постоянный ток?

Что такое постоянный или постоянный ток?

DC означает постоянный ток, то есть электрический ток, протекающий в одном направлении.

В цепях постоянного тока ток идет в одном направлении, в отличие от переменного тока (AC), где ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду в зависимости от частоты источника питания. По мере протекания постоянного тока электроны, составляющие электрический заряд, текут из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом. Они перемещаются от отрицательного вывода к положительному, и результирующий ток имеет противоположное направление (от положительного к отрицательному).

График зависимости постоянного тока / напряжения от времени

Постоянный ток обычно используется в низковольтных устройствах, например в оборудовании с батарейным питанием.Когда требуется постоянный ток, а использование батареи неэкономично или требует постоянной зарядки, для преобразования переменного тока в постоянный используется источник питания. Это зарядит аккумулятор и используемое оборудование от сети до тех пор, пока аккумулятор не разрядится (например, мобильный телефон). Другой вариант — запитать схему напрямую от выпрямленного постоянного тока и использовать аккумулятор в качестве резервного источника питания, когда питание от сети переменного тока недоступно (например, в ноутбуке).

Источники питания варьируются от простых регуляторов с одним выходом до более регулируемых источников питания smps, способных обеспечивать несколько выходов, например, требуемых для питания компьютера.Допустимые напряжения и токи источника питания зависят от конструкции и используемых компонентов. Существует множество уровней постоянного напряжения, типичные значения: 1,2, 1,5, 3, 3,3, 3,6, 5, 6, 10, 12, 15, 18, 18,5, 19, 20, 24 и 48 В.

Идеальный источник постоянного тока должен обеспечивать постоянное напряжение и достаточный ток на протяжении всей работы оборудования. Однако такие источники, как батареи, имеют ограниченную емкость и могут эффективно питать оборудование только в течение определенного периода времени, определяемого номиналом батареи и нагрузки.

Чтобы поддерживать мощность на постоянном уровне, в большинстве оборудования используются перезаряжаемые батареи, поэтому заряд можно регулярно пополнять. Зарядное устройство состоит из выпрямительной схемы, которая преобразует доступный переменный ток в подходящее постоянное напряжение.

Помимо изменения сетевого переменного тока на постоянный, большинство источников питания изменяют уровень напряжения. Большинство из них всегда будут снижать напряжение, поскольку большая часть электроники работает при гораздо меньших уровнях напряжения, но при более высоких токах.Большинство ноутбуков используют напряжение от 18 до 20 В постоянного тока и ток не менее 3 А. Следовательно, адаптер для ноутбука должен обеспечивать возможность понижения сетевого напряжения с 220 В или 120 В до примерно 20 В постоянного тока.

Источники постоянного тока

• Генераторы постоянного тока
• Батарейки
• Преобразователи постоянного тока, исправляющие переменный ток
• Солнечные батареи
• Термопары

Преимущества DC

• Большая часть оборудования более эффективна при прямом питании от постоянного тока
• Более эффективен, особенно когда провода питания не превышают 100 футов
• Меньше риска поражения электрическим током при напряжении ниже 48 В.

Недостатки DC

• Высокая стоимость при работе с сильноточными системами; я.е. кабели, предохранители, переключатели и другие компоненты большего размера, необходимые для приложений с высоким током и низким напряжением
• Труднодоступные приборы и оборудование постоянного тока
• Более высокая вероятность возникновения пожара, когда максимальные характеристики цепи и сечения проводов не строго соблюдаются

Приложения

Постоянный ток используется почти во всем электронном оборудовании, электромобилях, автоматике, управлении электрооборудованием и многом другом. Большая часть офисного и домашнего оборудования, такого как телевизоры, аудиосистемы, усилители, фонари, компьютеры, планшеты и смартфоны, для работы используют питание постоянного тока.Однако, поскольку повсеместно доступная мощность является переменным током, оборудование использует внешний или внутренний источник питания для преобразования переменного тока электросети в требуемый постоянный ток для оборудования.

Постоянный ток — образование в области энергетики

Рис. 1: Анимация из моделирования ^[1] в PhET постоянного тока, который был значительно замедлен. См. Переменный ток для сравнения.

Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который является однонаправленным, поэтому поток заряда всегда в одном направлении. ^[2] В отличие от переменного тока направление и сила постоянного тока не меняются. Он используется во многих бытовых приборах и во всех устройствах, работающих от батарей. ^[3]

Недвижимость

Постоянный ток определяется постоянным потоком электронов (см. Рисунок 1) из области с высокой электронной плотностью в область с низкой электронной плотностью. В схемах, включающих батареи, это иллюстрируется постоянным потоком заряда от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи.Менять напряжение постоянного тока гораздо дороже и труднее, чем переменного, что делает его плохим выбором для передачи электроэнергии под высоким напряжением. Однако на очень большие расстояния передача HVDC может быть более эффективной, чем переменный ток ^[2] .

Использует

Постоянный ток используется в любом электронном устройстве с батареей в качестве источника питания. Он также используется для зарядки батарей, поэтому перезаряжаемые устройства, такие как ноутбуки и сотовые телефоны, поставляются с адаптером переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный. ^[2] .

PhET Моделирование

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую имитацию PhET. Это моделирование можно использовать для изучения того, как работают постоянный и переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Произошла ошибка: SQLSTATE [42000]: синтаксическая ошибка или нарушение доступа: 1064 У вас есть ошибка в синтаксисе SQL; проверьте руководство, которое соответствует версии вашего сервера MySQL, чтобы найти правильный синтаксис рядом с ‘)’ в строке 1

Переменный ток и постоянный ток и его приложения

Оба типа переменного и постоянного тока описывают два типа протекания тока в цепь.В постоянном токе электрический заряд или ток течет в одном направлении. В переменном токе электрический заряд периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также иногда меняется на противоположное, потому что ток меняет направление. Большая часть цифровой электроники, которую вы создаете, используя постоянный ток. Тем не менее, некоторые концепции переменного тока легко понять. Большинство домов подключено к сети переменного тока, поэтому, если вы хотите подключить свой проект мелодической коробки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. У переменного тока также есть некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента, например, трансформатора, поэтому изначально мы должны выбрать средства переменного тока для передачи электричества на большие расстояния.

Что такое переменный ток (AC)

Переменный ток означает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. Переменный ток используется для подачи энергии в дома, здания, офисы и т. Д.

Генерация переменного тока

Переменный ток может быть произведен с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.

Генерация переменного тока

Проволочная петля вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу.Вращение провода происходит от различных ресурсов, таких как паровая турбина, ветряная турбина, проточная вода и так далее. Поскольку провод периодически поворачивается и меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот небольшая анимация, показывающая этот принцип:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы подключаем механические характеристики поршня, который перемещает воду по трубам вперед и назад (наш «переменный» ток).

Формы сигналов

Переменный ток может иметь несколько форм сигналов, если ток и напряжение чередуются.Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения, в течение длительного времени мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Синусоидальная волна — наиболее распространенный тип переменного тока. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Синусоидальная волна

Другие формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну. Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике, а также используются для тестирования их работы.

прямоугольная волна

треугольная волна полезна для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Треугольная волна

Описание синусоидальной волны

Нам часто требуется описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: частоты, амплитуды и фазы.

Рассматривая только напряжение, мы можем описать математическое уравнение синусоидальной волны:

V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает что наше напряжение меняется со временем.

VP — амплитуда. Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, означает, что наше напряжение может быть + VP вольт, -VP вольт.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов или герц в угловую частоту (радиан в секунду).

f указывает частоту синусоидальной волны. Это указывается в герцах или единицах в секунду.

t — наша зависимая переменная: время (измеряется в секундах). Со временем меняется и форма нашего сигнала.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение

V (t) = 170 sin (2π60t)

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор для построения графика этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos.

Приложения

Домашние и офисные розетки почти всегда используются в сети переменного тока. Это связано с тем, что создание и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. При высоких напряжениях, например, более 110 кВ, при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовать из высокого напряжения с помощью трансформаторов.

AC также может приводить в действие электродвигатели.Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д., Которые работают от переменного тока.

Что такое постоянный ток (DC)

Постоянный ток означает однонаправленный поток электрического заряда. Он производится из таких источников, как батареи, источники питания, солнечные элементы, термопары или динамо-машины. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через изоляторы, полупроводники или вакуум, как в электронных или ионных пучках.

Генерация постоянного тока

Постоянный ток может генерироваться несколькими способами

• Генератор переменного тока, подготовленный с помощью устройства, называемого «коммутатор», может вырабатывать постоянный ток
• Преобразование переменного тока в постоянное с помощью устройства, называемого «выпрямителем»
• Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи.

Используя нашу аналогию с водой, можно сказать, что постоянный ток подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Generating DC

Резервуар может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга.Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда бак опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание постоянного тока

Постоянный ток определяется как «однонаправленный» ток; и ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться в течение длительного времени, поэтому направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, батарея обеспечивает 1,5 В, что можно описать математическим уравнением как:

В (t) = 1.5V

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение.

График постоянного тока

Приведенный выше график означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение с течением времени. На самом деле батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Все проекты в области электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.