Особенности и характеристики постоянного тока
Содержание
При упорядоченном движении частиц — носителей электрического (положительного или отрицательного) заряда возникает электрический ток. Один из видов которого Direct Current (DC) — однонаправленный, то есть, не меняющий своего направления. Он получил название постоянного электрического тока.
Немного истории
Вначале постоянный электрический ток называли гальваническим, так как первое его получение связано с проведением гальванической реакции. Томас Эдисон в 80-х годах XIX века пытался передавать его линиями электропередачи. Никола Тесла ратовал за использование переменного тока. Для его обозначения используются английские буквы AC — сокращение от Alternative Current. Между ними произошла «битва токов», в которой победителем оказался не постоянный, а переменный ток. Дело в том, что при передаче на расстояние постоянный электроток теряет мощность. Легкая трансформация переменного позволяет передавать его на любые расстояния.
Если на панели электроприбора присутствует символ в виде отрезка прямой линии, это обозначение постоянного тока. Для переменного тока используется другой значок — волнистая линия.
В электротехнике и быту применяются следующие параметры постоянного тока:
Источники постоянного тока
Чтобы получить постоянный ток, с девятнадцатого века используются гальванические элементы. Позднее разработали аккумуляторные батареи. Их характеризует строгая полярность, поэтому электроток не может изменить своего направления.
Гальванические элементы
Гальванический элемент, который называют батарейкой, представляет собой два разно заряженных полюса и электролит. Там, где (–) — анод с порошковым цинком, а где (+) — катод с диоксидом марганца. Твердым электролитическим раствором является гидроксид калия.
При замыкании цепи цинковый порошок на аноде окисляется, а четырехвалентный диоксид марганца (MnO2) восстанавливается до трехвалентного (Mn2O3) на катоде. За счет этого через внешнее соединение цепи электроны движутся от (–) к (+). Протекающий химический процесс необратим, поэтому батарейку зарядить невозможно. Потенциалы элементов обуславливают заряд 1.5 В между (–) и (+).
Аккумулятор
Зарядить повторно батарейку невозможно, зато в аккумуляторах можно обратить реакцию. У литий-ионных аккумуляторов емкость больше. При работе на (–) литий отделяется от углерода и становится на (+) солью. При перезарядке ионы лития снова соединятся с углеродом. Разность потенциалов в этой конструкции до 4.2 В. В этом случае максимальный ток будет зависеть от площади, на которой происходит взаимодействие электродов между собой и с электролитным раствором.
Генератор
Для промышленных целей постоянный ток вырабатывают при помощи устройства, которое называется генератором. Неподвижно установленные магниты или электромагниты статора по закону электромагнитной индукции наводят ЭДС (электродвижущую силу) во вращающихся контурах. Они подсоединены к контактным пластинам, на которых закреплены неподвижные щетки для прохождения генерируемого тока. С положительной и отрицательной щеткой контактируют проходящие статорные магнитные полюса. За счет чего на внешний контур поступает пульсирующий ток, то есть переменный (АС) выпрямленный. Статорная площадь, индукция магнитного поля и сечение кабелей — это те переменные, которые влияют на величину тока. От скорости роторного вращения и индукции магнитного поля зависит величина напряжения.
Солнечные батареи
Постоянный ток образуется при движении (+) дырок и (–) электронов сквозь p-n-переход, когда солнечные фотоны попадают на фотоэлемент. Размер фотоэлементов влияет на количество образуемого электротока. Солнечная батарея генерирует напряжение, напрямую зависящее от того, сколько фотоэлементов соединены последовательно, и того, насколько интенсивно световое излучение.
Трансформатор с выпрямителем
В старых моделях электроники, чтобы получить постоянный ток из переменного от электросети, применяли трансформаторные блоки питания. Напряжение понижалось трансформатором, а затем ламповым или диодным выпрямителем превращалось в постоянное. После выпрямителя в качестве фильтрующего элемента, встраиваемого в схему, выступал конденсатор. В более сложных присутствовал дроссель и транзистор. В такой конструкции максимум величины тока зависит от номинальной мощности трансформатора, а напряжение — от количества витков обмотки.
Импульсные блоки питания
Современная радиоэлектроника работает на импульсных блоках питания. Напряжение электросети поступает на высокочастотный трансформатор, затем происходит его понижение и выпрямление при помощи встроенных транзисторных ключей, далее ток фильтруется и попадает в конденсатор. Напряжение зависит от конструкции электронной схемы, ток — от размера высокочастотного трансформатора.
Законы постоянного тока в физике
Главным законом в разделе физики, связанном с электричеством, является закон Ома. В нем отображены основные характеристики постоянного тока.
Этот закон также применим для полной цепи и короткого замыкания.
Мощность — это работа электротока за секунду. Обозначается символом P, измеряется в ваттах (Вт). Определение величины осуществляется с помощью формулы:
Для вычисления работы, которую совершает постоянный ток, используется такая формула:
Расчет силы тока выполняют с помощью довольно простой формулы:
При работе электротока выделяется определенное количество тепла, которое можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца:
Где используется постоянный ток
Применение постоянного электрического тока довольно широкое. Его используют во многих сферах промышленности, в быту:
- Все технические приборы, в которых есть электроника.
- В химической и металлургической промышленности для получения цветных металлов посредством электролиза.
- В электрическом транспорте, на морских судах, подводных лодках.
- Для подъемных кранов и шагающих экскаваторов.
- В гальванопластике для получения никелированных и хромированных поверхностей.
- В сварочных аппаратах.
- В киноиндустрии для кинопроекторов и прожекторов.
- В источниках питания компьютеров.
Практически вся электротехника — электромобили, электрокары, погрузчики, электровозы используют аккумуляторы. Телевидение, радиовещание, связь — все приборы питаются постоянным током.
Загрузка...
