Змінний струм

1. Як утворюється змінний струм
2. Історія відкриття змінного струму
3. Чому змінний струм використовується частіше постійного
4. Нікола Тесла: питання безпеки та ефективності
5. через ефір
6. Вібратор Герца, ефір, електромагнітна хвиля
7. Де використовується змінний струм

Змінний струм - рід струму, напрямок протікання якого безперервно змінюється. Стає можливим, завдяки наявності різниці потенціалів, що підкоряється закону. У повсякденному розумінні форма змінного струму нагадує синусоїду. Постійний здатний змінюватися за амплітудою, напрямок колишнє. В іншому випадку отримуємо змінний струм. Трактування радіотехніків протилежна шкільної. Учням говорять - постійний струм однієї амплітуди.

Створення змінного струму

Як утворюється змінний струм

Початок змінному струмі поклав Майкл Фарадей, читачі докладніше дізнаються нижче по тексту. Показано: електричне і магнітне поля пов'язані. Струм стає наслідком взаємодії. Сучасні генератори працюють за рахунок зміни величини магнітного потоку через площу, що охоплюються контуром мідного дроту. Провідник може бути будь-яким. Мідь обрана з критеріїв максимальної придатності при мінімальній вартості.

Статичний заряд переважно утворюється тертям (чи не єдиний шлях), змінний струм виникає в результаті непомітних оку процесів. Величина пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через площу, охоплену контуром.

Історія відкриття змінного струму

Вперше змінним струмів стали приділяти увагу з огляду на комерційній цінності після появи на світло винаходів, створених Ніколою Тесла. Матеріальний конфлікт з Едісоном зазначив сильним відбитком долі обох. Коли американський підприємець забрав назад обіцянки перед Ніколою Тесла, втратив чималу вигоду. Видатному вченому не сподобалося вільне поводження, серб вигадав двигун змінного струму промислового типу (винахід зробив набагато раніше). Підприємства користувалися виключно постійним. Едісон просував вказаний вид.

Тесла вперше показав: змінною напругою можна досягти набагато більших результатів. Особливо, коли енергію доводиться передавати на великі відстані. Використання трансформаторів без праці дозволяє підвищити напругу, різко знижуючи втрати на активному опорі. Приймальна сторона параметри знову повертає до вихідних. Непогано заощадите на товщині проводів.

Сьогодні показано: передача постійного струму економічно вигідніше. Тесла змінив хід історії. Придумай вчений перетворювачі постійного струму, світ виглядав би інакше.

Початок активного використання змінного струму поклав Нікола Тесла, створивши двофазний двигун. Досліди передачі енергії на значні відстані розставили факти по своїх місцях: незручно переносити виробництво в район Ніагарського водоспаду, набагато простіше прокласти лінію до місця призначення.

Шкільний варіант трактування змінного і постійного струму

Змінний струм демонструє ряд властивостей, що відрізняють явище від постійного. Спочатку звернемося до історії відкриття явища. Родоначальником змінного струму в побуті людства вважають Отто фон Геріке. Першим помітив: заряди природні двох знаків. Струм може протікати у різному напрямку. Відносно Тесла, інженер більше цікавився практичною частиною, авторські лекції згадують двох експериментаторів британського походження:

1. Вільям Споттісвуд позбавлений сторінки російськомовної Вікіпедії, національна частина - замовчує роботи зі змінним струмом. Подібно Георгу Ому, вчений - талановитий математик, залишається шкодувати, що з працею можна дізнатися, чим саме займався чоловік науки.
2. Джеймс Едвард Генрі Гордон набагато ближче практичної частини питання застосування електрики. Багато експериментував з генераторами, розробив прилад власної конструкції потужністю 350 кВт. Багато уваги приділяв висвітленню, постачання енергією заводів, фабрик.

Вважається, перші генератори змінного струму створені в 30-і роки XIX століття. Майкл Фарадей експериментально досліджував магнітні поля. Досліди викликали ревнощі сера Гемфрі Деві, який критикував учня за плагіат. Складно нащадкам з'ясувати правоту, факт залишається фактом: змінний струм півстоліття проіснував незатребуваним. У першій половині XIX-го століття вигаданий електричний двигун (авторство Майкла Фарадея). Працював, що живиться постійним струмом.

Нікола Тесла вперше здогадався реалізувати теорію Араго про що обертається магнітному полі. Знадобилися дві фази змінного струму (зрушення 90 градусів). Попутно Тесла зазначив: можливі більш складні конфігурації (текст патенту). Пізніше винахідник трифазного двигуна, Доливо-Добровольський, марно намагався запатентувати дітище плідного розуму.

Тривалий час змінний струм залишався незатребуваним. Едісон противився впровадженню явища в ужиток. Промисловець боявся великих фінансових втрат.

Нікола Тесла вивчав електричні машини

Чому змінний струм використовується частіше постійного

Вчені довели недавно: передавати постійний струм вигідніше. Знижуються втрати випромінювання лінії. Нікола Тесла перевернув хід розвитку історії, правда восторжествувала.

Нікола Тесла: питання безпеки та ефективності

Нікола Тесла відвідав конкуруючу з едісоновськой компанію, просуваючи нове явище. Захопився, часто ставив експерименти на собі. На противагу серу Гемфрі Деві, який вкоротив життя, вдихаючи різні гази, Тесла домігся чималого успіху: підкорив рубіж 86 років. Учений виявив: зміна напрямку течії струму зі швидкістю вище 700 раз в секунду робить процес безпечним для людини.

Під час лекцій Тесла брав руками лампочку з платинової ниткою розжарення, демонстрував світіння приладу, пропускаючи через власне тіло струми високої частоти. Стверджував: явище нешкідливе, навіть приносить користь здоров'ю. Струм, протікаючи по поверхні шкіри, одночасно очищає. Тесла говорив, експериментатори колишніх днів (дивіться вище) пропускали дивовижні явища із зазначених причин:

• Недосконалі генератори механічного типу. Обертається поле використовувалося в прямому сенсі: за допомогою двигуна розкручувався ротор. Подібний принцип безсилий видати струми високої частоти. Сьогодні проблематично, незважаючи на нинішній рівень розвитку технології.
• У найпростішому випадку застосовувалися ручні розмикачі. Зовсім нічого говорити про високих частотах.

Сам Тесла використовував явище заряду і розряду конденсатора. Маємо на увазі RC-ланцюжок. Будучи заряджений до певного рівня, конденсатор починає розряджатися через опір. Параметрів елементів визначають швидкість процесу, що протікає відповідно до експоненціального закону. Тесла позбавлений можливості використовувати методи управління контурів напівпровідниковими ключами. Терміон діоди були відомі. Ризикнемо припустити, Тесла міг використовувати вироби, імітуючи стабілітрони, оперуючи з оборотним пробоєм.

Однак питання безпеки позбавлені почесного першого місця. Частоту 60 Гц (загальноприйнята США) запропонував Нікола Тесла, як оптимальну для функціонування двигунів власної конструкції. Сильно відрізняється від безпечного діапазону. Простіше сконструювати генератор. Змінний струм в обох сенсах виграє у постійного.

через ефір

По сьогодні безуспішно ведуться суперечки, стосовно першовідкривача радіо. Проходження хвилі через ефір виявив Герц, описавши закони руху, показавши, спорідненість оптичним. Сьогодні відомо: змінне поле борознить просторі. Явище Попов (1895 рік) використовував, передаючи перший земний повідомлення «Генріх Герц».

Бачимо, вчені мужі дружні між собою. Скільки поваги демонструє перше повідомлення. Дата залишається спірною, кожна держава першість хоче привласнити безроздільно. Змінний струм створює поле, що розповсюджується через ефір.

Сьогодні загальновідомі діапазони мовлення, вікна, стіни атмосфери, різних середовищ (вода, гази). Важливе місце відводиться частоті. Встановлено, кожен сигнал можна представити сумою елементарних коливань-синусоид (згідно теорем Фур'є). Спектральний аналіз оперує найпростішими гармоніками. Сумарний ефект розглядається, як рівнодіюча елементарних складових. Довільний сигнал розкладається перетворенням Фур'є.

Вікна атмосфери визначаються аналогічним чином. Побачимо частоти, що проходять крізь товщу добре і погано. Не завжди останнім виявляється негативним ефектом. Мікрохвильові печі використовують частоти 2,4 ГГц, ударно поглинаються парами води. Для зв'язку хвилі марні, зате гарні кулінарними здібностями!

Новачків турбує питання поширення хвилі через ефір. Обговоримо докладніше недозволену понині вченими загадку.

Диполь антена Герца

Вібратор Герца, ефір, електромагнітна хвиля

Взаємозв'язок електричного, магнітного полів вперше продемонстрував в 1821 році Майкл Фарадей. Трохи пізніше показали: конденсатор придатний для створення коливань. Не можна сказати, щоб зв'язок двох подій негайно усвідомили. Фелікс Саварі розряджав лейденську банку через дросель, сердечником якому служила сталева голка.

Невідомо достеменно, чого домагався астроном, результат виявився цікавим. Іноді голка виявлялася намагніченою в одному напрямку, іноді - протилежному. Струм генератора одного знака. Вчений правильно зробив висновок: загасаючий коливальний процес. Толком не знаючи індуктивних, ємнісних реактивних опорів.

Теорію процес підвели пізніше. Досліди повторені Джозефом Генрі, Вільямом Томпсоном, що визначив резонансну частоту: де процес тривав максимальний період часу. Явище дозволило кількісно описати залежності характеристик ланцюга від елементів складових (індуктивність і ємність). У 1861 році Максвелл вивів знамениті рівняння, один наслідок особливо важливо: «Змінне електричне поле породжує магнітне і навпаки».

Виникає хвиля, вектори індукції взаємно перпендикулярні. Просторово повторюють форму породив процесу. Хвиля борознить ефір. Явище використовував Генріх Герц, розгорнувши обкладання конденсатора в просторі, площині стали випромінювачами. Попов здогадався закладати інформацію в електромагнітну хвилю (модулювати), що використовується сьогодні повсюдно. Причому в ефірі і всередині напівпровідникової техніки.

Де використовується змінний струм

Змінний струм лежить в основі принципу дії більшості відомих сьогодні приладів. Простіше сказати, де застосовується постійний, читачі зроблять висновки:

1. Постійний струм застосовується в акумуляторах. Змінний породжує рух - не може зберігатися сучасними пристроями. Потім в приладі електрику перетворюється в потрібну форму.
2. ККД колекторних двигунів постійного струму вище. З цієї причини вигідно застосовувати зазначені різновиди.
3. За допомогою постійного струму діють магніти. Наприклад, домофонів.
4. Постійна напруга застосовується електронікою. Струм варіюється в деяких межах. У промисловості носить назву постійного.
5. Постійна напруга застосовується кінескопами для створення потенціалу, збільшення емісії катода. Випадки назвемо аналогами блоків живлення напівпровідникової техніки, хоча іноді відмінність значно.

В інших випадках змінний струм виявляє вагому перевагу. Трансформатори - невід'ємна складова техніки. Навіть в зварюванні далеко не завжди панує постійний струм, але в будь-якому сучасному обладнанні цього типу є інвертор. Так набагато простіше і зручніше отримати гідні технічні характеристики.

Хоча історично першими отримані були статичні заряди. Згадаймо шерсть і бурштин, з якими працював Фалес.