Реклама помогает поддерживать и развивать наши ресурсы.

Чем отличается постоянный ток от переменного

Постоянный и переменный ток

Несмотря на то, что электричество прочно вошло в нашу жизнь, подавляющее большинство пользователей этого блага цивилизации не имеют даже поверхностного понимания, что такое ток, не говоря о том, чем отличается постоянный ток от переменного, какая между ними разница, и что такое ток вообще. Первым, кого ударило током, стал Алессандро Вольта, после чего он посвятил этой теме всю жизнь. Давайте и мы уделим внимание этой теме, чтобы иметь общее представление о природе электричества.

Откуда берётся ток и почему он разный?

Мы попробуем избежать сложной физики, и будем использовать для рассмотрения этого вопроса метод аналогий и упрощений. Но перед этим напомним старый анекдот про экзамен, когда честный студент вытащил билет «Что такое электрический ток».

— Извините профессор, я готовился, но забыл – ответил честный студент. — Как Вы могли! Упрекнул его профессор, Вы же единственный человек на Земле, который это знал! (с)

Это конечно шутка, но в ней огромное количество правды. Поэтому не станем искать Нобелевских лавров, а просто разберёмся, переменный ток и постоянный, в чём разница, и что принято считать источниками тока.

За основу мы примем допущение, что ток – это не движение частиц (хотя движение заряженных частиц тоже переносит заряд, а значит, создаёт токи), а движение (передача) избыточного заряда в проводнике от точки большого заряда (потенциала) к точке меньшего заряда. Аналогия – водохранилище, вода всегда стремится занять один уровень (уравнять потенциалы). Если открыть в плотине отверстие, вода начнёт течь под уклон, возникнет постоянный ток. Чем больше отверстие – тем больше воды будет протекать, сила тока вырастет, как и мощность, и количество работы, которую способен выполнить этот ток. Если не управлять процессом, вода разрушит плотину и немедленно создаст зону затопления с поверхностью одного уровня. Это короткое замыкание с выравниваем потенциалов, сопровождающееся большими разрушениями.

Таким образом, постоянный ток появляется в источнике(как правило, за счёт химических реакций), в котором возникает разница потенциалов в двух точках. Движение заряда от более высокого значения «+» к низкому «-» выравнивает потенциал, пока длится химическая реакция. Итог полного выравнивая потенциала, мы знаем – «батарейка села». Отсюда следует понимание, почему постоянное и переменное напряжение значительно отличаются по стабильности характеристик. Батарейка (аккумулятор) расходуют заряд, поэтому напряжение постоянного тока снижается со временем. Для поддержания его на одном уровне используют дополнительные преобразователи. Изначально человечество долго решало, чем отличается постоянный ток от переменного для повсеместного использования, т.н. «Война токов». Она закончилась победой переменного тока не только потому, что меньше потери при передаче на расстояние, но и генерация постоянного тока из тока переменного оказалась проще. Очевидно, что постоянный ток, получаемый таким образом (без расходуемого источника) имеет куда более стабильные характеристики. Фактически в этом случае переменное и постоянное напряжение жёстко связаны, и по времени зависят только от генерации энергии и количества расхода.

Возникновение постоянного тока

Таким образом, постоянный ток по своей природе – это возникновение неравномерного заряда в объёме (химическая реакция), который можно перераспределить при помощи проводов, соединив точку высокого и низкого заряда (потенциала).

Остановимся на таком определении как общепринятом. Все остальные постоянные токи (не батарейки и аккумуляторы) являются производными от источника переменного тока. Например, на этой картинке синяя волнистая линия наш постоянный ток, как итог преобразования переменного. Преобразование переменного тока в постоянный

Обратите внимание на комментарии к картинке, «большое количество контуров и коллекторных пластин». Если преобразователь будет другим, картинка будет другой. Пульсирующий постоянный ток Та же синяя линия ток почти постоянный, но пульсирующий, запомним это слово. Здесь, кстати, чистый постоянный ток – красная линия.

Взаимосвязь магнетизма и электричества

Теперь посмотрим, чем отличается переменный ток от постоянного тока, который зависит от материала. Самое главное – возникновение переменного тока не зависит от реакций в материале. Работая с гальваническим (постоянным током), быстро было установлено, что проводники притягиваются друг к другу как магниты. Следствием стало открытие, что магнитное поле при определённых условиях генерирует электрический ток. То есть, магнетизм и электричество оказались взаимосвязанным явлением с обратным преобразованием. Магнит мог дать ток в проводник, а проводник с током мог быть магнитом. На этой картинке моделирование опытов Фарадея, который, собственно говоря, и обнаружил это явление. Опыт Фарадея - взаимосвязь электричества и магнетизма

Теперь аналогия для переменного тока. Магнитом у нас будет сила притяжения, а генератором тока – песочные часы с водой. На одной половине часов напишем «верх», на другой «низ». Переворачиваем наши часы и видим, как вода течёт «вниз», когда вся вода перетекла, переворачиваем ещё раз и вода у нас течёт «вверх». Притом, что ток у нас имеется в наличии, он меняет направление два раза за полный цикл. По науке это будет выглядеть так: частота тока зависит от частоты вращения генератора в магнитном поле. При определённых условиях мы получим чистую синусоиду, или просто переменный ток с разными амплитудами.

Ещё раз! Это очень важно для понимания, чем отличается постоянный ток от переменного тока. В обеих аналогиях вода течёт «под уклон». Но в случае постоянного тока водохранилище опустеет рано, или поздно, а для тока переменного часы будут переливать воду очень долго, она в замкнутом объёме. Но при этом в обоих случаях вода течёт под уклон. Правда в случае переменного тока, она половину времени течёт под уклон, но вверх. Иначе говоря, направление движения переменного тока величина алгебраическая, то есть «+» и «-» непрерывно меняются местами, при неизменности направления движения тока. Постарайтесь обдумать и понять это отличие. Как модно говорить в сети: «Ты понял это, теперь ты знаешь всё».

Чем обусловлено большое разнообразие токов

Если понимать в чем разница постоянного и переменного токов, возникает естественный вопрос – а зачем их так много, токов? Выбрали бы один ток как стандарт, и всё было бы одинаково.

Но, как говорится, «не все токи одинаково полезны», кстати, давайте подумаем, какой ток опаснее: постоянный или переменный, если мы примерно представили себе не природу тока, а скорее его особенности. Человек – это хорошо проводящий электричество коллодиум. Набор разных элементов в воде (мы на 70% из воды, если кто не в курсе). Если на такой коллодиум подать напряжение – ударить током, то частицы внутри нас начнут передавать заряд. Как и положено от точки высокого потенциала к точке с низким потенциалом. Опаснее всего стоять на земле, которая вообще является точкой с бесконечно нулевым потенциалом. Иначе говоря, мы передадим в землю весь ток, то есть разницу зарядов. Так вот при постоянном направлении движения заряда, процесс выравнивания потенциала в нашем организме происходит плавно. Мы словно песок пропускаем через себя воду. И можем безопасно «поглотить» много воды. При переменном токе картина немного другая – все наши частицы будет «дёргать» то туда то сюда. Песок не сможет спокойно пропускать воду, и весь будет взбаламучен. Поэтому ответ на вопрос, какой ток опаснее постоянный или переменный ответ однозначен – переменный. Для справки, опасная для жизни пороговая сила постоянного тока 300мА. Для переменного тока эти значения зависят от частоты и начинаются со значения 35мА. При токе в 50 герц 100мА. Согласитесь, разница в 3-10 раз сама по себе отвечает на вопрос: что опаснее? Но это не главный аргумент в выборе стандарта тока. Давайте упорядочим всё, что принимается во внимание при выборе вида тока:

  • Доставка тока на большие расстояния. Постоянный ток будет потерян почти весь;
  • Преобразование в разнородных электрических цепях с неопределённым уровнем потребления. Для постоянного тока практически не решаемая задача;
  • Поддерживать постоянное напряжение для переменного тока на два порядка дешевле, чем для тока постоянного;
  • Преобразование электрической энергии в механическую силу гораздо дешевле в двигателях и механизмах переменного тока. Такие двигатели имеют свои недостатки и в ряде областей не могут заменить двигатели постоянного тока;
  • Для массового использования, таким образом, постоянный ток имеет одно преимущество – он безопаснее для человека.

Отсюда и разумный компромисс, который выбрало человечество. Не один какой-то ток, а вся совокупность доступных преобразований от генерации, доставки потребителю, распределения и использования. Перечислять все мы не будем, но считаем главным ответом на вопрос статьи, «чем отличается постоянный ток от переменного» одно слово – характеристиками. Наверное, это самый правильный ответ для любых бытовых целей. А для понимания стандартов, предлагаем рассмотреть основные характеристики этих токов.

Основные характеристики применяемых сегодня токов

Если для постоянного тока с момента открытия характеристики остались в целом без изменений, то с переменными токами всё обстоит куда сложнее. Посмотрите на эту картинку – модель движения тока в трёхфазной системе от генерации до потребленияТрехфазная система энергоснабжения

С нашей точки зрения очень наглядная модель, на которой понятно как снять одну фазу, две или три. Заодно видно как тот попадает к потребителю.

В итоге мы имеем цепочку генерации, переменное и постоянное напряжение (токи) на этапе потребителя. Соответственно чем дальше от потребителя, тем выше токи и напряжение. Фактически в нашей розетке самый простой и слабый – переменный однофазный ток, 220В с фиксированной частотой в 50 Гц. Только повышение частоты способно при этом напряжении сделать ток высокочастотным. Простейший пример стоит у Вас на кухне. СВЧ печать преобразует простой ток в высокочастотный, который собственно и помогает готовить. Кстати ответим на вопрос о мощности СВЧ – это как раз сколько «обычного» тока она преобразует в токи высокой частоты.

Стоит помнить о том, что любое преобразование токов не обходится «даром». Чтобы получить переменный ток, надо чем-то вращать вал. Чтобы получить из него ток постоянный, придётся часть энергии рассеять как тепло. Даже токи передачи энергии придётся рассеять в виде тепла при доставке в квартиру при помощи трансформатора. То есть любое изменение параметров тока сопровождается потерями. И конечно потерями сопровождается доставка тока потребителю. Это, казалось бы, теоретическое знание, позволяет понять, откуда возникают наши переплаты за энергию, снимая половину вопросов, почему на счетчике 100 рублей, а в квитанции 115.

Вернёмся к токам. Мы упомянули вроде бы все, и даже знаем, чем отличается постоянный ток от переменного, поэтому давайте, напомним какие токи, вообще есть.

  • Постоянный ток, источником является физика химических реакций с изменением заряда, может быть получен преобразованием тока переменного. Разновидность – импульсный ток, который меняет свои параметры, в широком диапазоне, но не меняет направления движения.
  • Переменный ток. Может быть однофазным, двухфазным или трёхфазным. Стандартным или высокочастотным. Такая простая классификация вполне достаточна.

Заключение или каждому току свой прибор

Генератор ГЭС

На фото генератор тока на Саяно-Шушенской ГЭС. А на этом фото место его установки. Место установки генератора ГЭС

А это обычная лампочка.Лампочка

Не правда ли разница масштабов поражает, хотя первое создано, в том числе и для работы второго? Если обдумать эту статью, то становится понятно, что чем ближе прибор к человеку, тем чаще в нём применяется постоянный ток. За исключением двигателей постоянного тока и промышленного применения это действительно стандарт, основанный именно на том, что какой ток опаснее постоянный или переменный мы выяснили. На этом же принципе основаны характеристики бытовых токов, так как переменный ток 220В 50Гц является компромиссом между опасностью и потерями. Цена компромисса – защитная автоматика: от предохранителя до УЗО. Отойдя от человека, мы попадаем в зону переходных характеристик, где и токи и напряжения выше, и где опасность для человека не принимается во внимание, а уделяется внимание технике безопасности – зона промышленного использования тока. Дальше всего от человека, даже в промышленности находится передача энергии и генерация. Простому смертному тут делать нечего – это зона профессионалов и специалистов, которые умеют управлять этой мощью. Но даже при бытовом использовании электричества, и конечно при работах с электрикой, понимание основ природы токов никогда не будет лишним.


Похожие

Комментарии


Реклама помогает поддерживать и развивать наши ресурсы.
  • Аватар пользователя
    Андрей 1 год, 5 месяцев назад
    ответить
    Акуительная статья. Автора надо в наш институт читать лекции))) а то нихрена толком не могут расказать. блин классно растолковал. Токо вопрос. Постоянный ток если потереть эбонитовую палку, это же не химическая реакция? ну то есть электричество есть а реакции же нет? Или я не так понимаю?


    • Аватар пользователя
      Влад 1 год, 5 месяцев назад
      ответить
      ну реакция же не обязательно должна быть между жидкими элементами


      • Аватар пользователя
        я 1 год, 1 месяц назад
        ответить

        еблан тупой



      • Аватар пользователя
        я 1 год, 1 месяц назад
        ответить

        еблан тупой



      • Аватар пользователя
        пидорас 1 месяц, 1 неделя назад
        ответить
        я те маму ебал ублюдок еюагный


  • Аватар пользователя
    Андрей 1 год, 4 месяца назад
    ответить
    Влад. Не гони ересь. я из отпуска приеду понапишу тебе. Хреновая эта твоя статья. нет там реакции!!! Ток это магнетизм, в котором нет химии! Там даже физики нет - там есть движение электронов! Потри палку - ты стерёшь электроны и соберёшь заряд. Электронов много, потому и ток есть. Потом переверни палку или намагнить и собирай заново!


    • Аватар пользователя
      4t 8 месяцев, 1 неделя назад
      ответить
      соси хер


  • Аватар пользователя
    Борис 1 год, 1 месяц назад
    ответить

    Не смог удержатся:-) Какой самокритичный читатель у нас появился:

    я еблан тупой (с)

    Весьма откровенное заявление:-)



  • Аватар пользователя
    Гани 11 месяцев назад
    ответить
    Супер статья


  • Аватар пользователя
    Не тесла 9 месяцев, 2 недели назад
    ответить
    Давно не читал статей с таким уровнем наглядности. Спасибо за Ваш труд.


    • Аватар пользователя
      Коллектив авторов 9 месяцев, 1 неделя назад
      ответить
      Спасибо за лестную оценку. Мы все делаем для наших читателей.


  • Аватар пользователя
    Илья 8 месяцев, 3 недели назад
    ответить
    БОРИС ОРИГИНАЛЬНО Я ТОЖЕ ЭТО ЗАМЕТИЛ


  • Аватар пользователя
    serz 5 месяцев, 3 недели назад
    ответить
    хуйня это все по сравнению с солнышком,лучше-бы нормальные сольяр панели придумали...


  • Аватар пользователя
    Саня 3 месяца, 3 недели назад
    ответить
    Полезная информация! Благодарю!


  • Аватар пользователя
    Валера 1 месяц, 2 недели назад
    ответить
    <<За исключением двигателей постоянного тока и промышленного применения это действительно стандарт, основанный именно на том, что какой ток опаснее постоянный или переменный мы выяснили.>> Вы сами читаете то, что пишете?


    • Аватар пользователя
      Юрий 1 месяц, 2 недели назад
      ответить
      Валера, действительно немного несогласованное предложение, но смысл понятен. Очень четко описано какой же именно ток опаснее... Да и статья просто бомбезная!


  • Аватар пользователя
    Андрей 1 месяц, 1 неделя назад
    ответить
    Тут я был. Акуиттельно написано. Повторюсь. А еблана круто умыли:умыли:))))) Хотя вы меня и бесите.


  • Аватар пользователя
    Арчи 4 недели назад
    ответить
    Метод аналогий хорош, спору нет. То же самое на примере водопровода ещё проще объяснить ))) Ток, независимо от того, переменный он или постоянный - движение материальных частиц. Нет никакой необходимости их как-то называть, электроны это или заряды, принципиального значения не имеет. Важно то, что они движутся по проводнику как вода по трубам. В случае с постоянным током мы воду перемещаем механически от начала трубы до потребителя, на что требуется значительная мощность насоса, ибо мы перемещаем всю Массу жидкости. А вот с переменным током всё выглядит значительно проще - мы используем свойство несжимаемости и нерастяжимости жидкости и не перемещаем воду от начала до конца, а лишь создаём вибрацию жидкости в трубе (50Гц) - нагнетаем давление и стравливаем. А так как жидкость не воздух, то вибрация в начале трубы и на её конце будет возникать синхронно, поэтому всю Массу воды гонять от начала до конца трубы нам не придётся. Отсюда и экономия энергии на больших дистанциях передачи тока. А теперь разница Тока и Напряжения на том же примере с водой. Ток - это количество воды, проходящее по трубе за единицу времени. Поэтому Ток мы меряем в любой удобной точке на дистанции между потребителем и источником. То есть - последовательно подключая измерительный прибор. Напряжение - это давление в трубе. Мы его можем померять в розетке без потребителя, то есть - параллельно источнику. Потому напряжение и называется Потенциалом, так как по Напряжению (давлению воды в трубе) мы не можем заранее определить количество (массу) "материальных частиц тока" в розетке. Это значит, что мы под напряжением понимаем лишь "потенциальную возможность" тока выполнить какую-то работу, а в реальных возможностях розетки мы убедимся лишь после того, как подключим потребитель. Если "материальных частиц тока" будет достаточное количество для нашего утюга, чайника, радиоприёмника, то Напряжение в розетке (давление воды в гидравлической системе) не упадёт, а если мало, то напряжение "просядет", так как просто не хватит "частиц тока" для поддержания нужного давления-напряжения. Отличие электричества от воды в том, что для тока воздух - изолятор, поэтому из розетки он вытечь сам не сможет, нужны провода. Во всём остальном - "механика" та же самая. Надеюсь, не слишком много букв для ленты комментариев ;)


    • Аватар пользователя
      Авторский коллектив 3 недели, 2 дня назад
      ответить
      Аналогии ничуть не хуже наших, и главное, что полностью перекликаются. Благодарим за отличный комментарий к статье!!!


    • Аватар пользователя
      Артем 2 недели назад
      ответить
      Примеры удачней с водопроводом на мой взгляд! Спасибо за отличный и глубокий комментарий! ( в отличие от написанных выше глупостей и ругани)



Оставить комментарий


Реклама помогает поддерживать и развивать наши ресурсы.

Полезен ли Вам наш проект?

Скорее полезен, чем нет

Полезен, вы делаете мир лучше

Нет, однозначно нет