Ingawa vifaa vya umeme tunatumia kila siku Maisha ya kila siku, si kila mtu anaweza kujibu jinsi tofauti mkondo wa kubadilisha kutoka kwa kudumu, licha ya ukweli kwamba hii inajadiliwa ndani mtaala wa shule. Kwa hiyo, ni mantiki kukumbuka kanuni za msingi.

Ufafanuzi wa jumla

Mchakato wa kimwili ambao chembe za kushtakiwa hutembea kwa utaratibu (mwelekeo) huitwa sasa umeme. Kawaida imegawanywa katika kutofautiana na mara kwa mara. Kwa kwanza, mwelekeo na ukubwa hubakia bila kubadilika, lakini kwa pili, sifa hizi hubadilika kulingana na muundo fulani.

Ufafanuzi ulio hapo juu umerahisishwa sana, ingawa unaelezea tofauti kati ya mkondo wa moja kwa moja na wa kubadilisha. Ili kuelewa vizuri zaidi tofauti hii ni nini, ni muhimu kutoa picha ya mchoro kila mmoja wao, na pia ueleze jinsi kutofautisha kunaundwa nguvu ya umeme katika chanzo. Ili kufanya hivyo, hebu tugeuke kwenye uhandisi wa umeme, au tuseme misingi yake ya kinadharia.

Vyanzo vya EMF

Vyanzo vya sasa vya umeme vya aina yoyote ni vya aina mbili:

• msingi, kwa msaada wao, umeme huzalishwa kwa kubadilisha mitambo, jua, mafuta, kemikali au nishati nyingine katika nishati ya umeme;
• sekondari, hawana kuzalisha umeme, lakini kuibadilisha, kwa mfano, kutoka kwa kutofautiana hadi mara kwa mara au kinyume chake.

Chanzo pekee cha msingi cha kubadilisha mkondo wa umeme ni jenereta; mchoro uliorahisishwa wa kifaa kama hicho umeonyeshwa kwenye takwimu.

Uteuzi:

• 1 - mwelekeo wa mzunguko;
• 2 - sumaku yenye miti S na N;
• 3 - shamba la magnetic;
• 4 - sura ya waya;
• 5 - EMF;
• 6 - mawasiliano ya pete;
• 7 - watoza wa sasa.

Kanuni ya uendeshaji

Nishati ya mitambo inabadilishwa na jenereta iliyoonyeshwa kwenye takwimu kuwa nishati ya umeme kama ifuatavyo:

kutokana na jambo kama induction ya sumakuumeme, wakati sura "4" inapozunguka, iliyowekwa kwenye shamba la magnetic "3" (inayotoka kati ya miti tofauti ya sumaku "2"), emf "5" inaundwa ndani yake. Voltage hutolewa kwa mtandao kupitia watoza wa sasa "7" kutoka kwa mawasiliano ya pete "6", ambayo sura "4" imeunganishwa.

Video: moja kwa moja na mbadala ya sasa - tofauti

Kwa ukubwa wa EMF, inategemea kasi ya makutano ya mistari ya nguvu "3" na sura "4". Kwa sababu ya sifa za uwanja wa sumakuumeme, kasi ya chini ya kuvuka, na kwa hivyo thamani ya chini ya nguvu ya kielektroniki, itakuwa wakati fremu iko ndani. nafasi ya wima, ipasavyo, kiwango cha juu ni katika usawa.

Kwa kuzingatia hapo juu, katika mchakato wa mzunguko wa sare emf inaingizwa, sifa za ukubwa na mwelekeo ambao hubadilika na kipindi fulani.

Picha za picha

Shukrani kwa maombi njia ya mchoro, inapatikana uwakilishi wa kuona mabadiliko ya nguvu ukubwa mbalimbali. Chini ni grafu ya mabadiliko ya voltage kwa muda kwa seli ya galvanic 3336L (4.5 V).

Kama unaweza kuona, grafu ni mstari wa moja kwa moja, yaani, voltage ya chanzo bado haijabadilika.

Sasa tunawasilisha grafu ya mienendo ya mabadiliko ya voltage wakati wa mzunguko mmoja (mapinduzi kamili ya sura) ya jenereta.

Mhimili mlalo unaonyesha pembe ya mzunguko kwa digrii, mhimili wima unaonyesha ukubwa wa emf (voltage)

Kwa uwazi, tutaonyesha nafasi ya awali ya fremu kwenye jenereta, inayolingana na sehemu ya kuanzia ya ripoti kwenye grafu (0°)

Uteuzi:

• 1 - miti ya sumaku S na N;
• 2 - sura;
• 3 - mwelekeo wa mzunguko wa sura;
• 4 - uwanja wa sumaku.

Sasa hebu tuone jinsi EMF itabadilika wakati wa mzunguko mmoja wa mzunguko wa sura. KATIKA nafasi ya awali EMF itakuwa sifuri. Wakati wa mchakato wa mzunguko, thamani hii itaanza kuongezeka vizuri, kufikia kiwango cha juu wakati sura iko kwenye pembe ya 90 °. Mzunguko zaidi wa sura utasababisha kupungua kwa EMF, kufikia kiwango cha chini wakati wa kuzunguka kwa 180 °.

Kuendelea na mchakato, unaweza kuona jinsi nguvu ya electromotive inabadilisha mwelekeo. Hali ya mabadiliko katika EMF ambayo imebadilisha mwelekeo itakuwa sawa. Hiyo ni, itaanza kuongezeka vizuri, kufikia kilele kwenye hatua inayofanana na mzunguko wa 270 °, baada ya hapo itapungua hadi sura itakamilisha mzunguko kamili wa mzunguko (360 °).

Ikiwa grafu itaendelea kwa mizunguko kadhaa ya mzunguko, tutaona sifa ya sinusoid ya kubadilisha sasa ya umeme. Kipindi chake kitafanana na mapinduzi moja ya sura, na amplitude yake itafanana na thamani ya juu ya EMF (mbele na nyuma).

Sasa tuendelee na nyingine sifa muhimu sasa mbadala - mzunguko. Kwa kuteuliwa kwake inakubaliwa barua ya Kilatini"f", na kitengo chake cha kipimo ni hertz (Hz). Kigezo hiki kinaonyesha idadi ya mizunguko kamili (vipindi) vya mabadiliko ya EMF ndani ya sekunde moja.

Frequency imedhamiriwa na formula:. Kigezo cha "T" kinaonyesha wakati wa moja mzunguko kamili(kipindi), kipimo kwa sekunde. Ipasavyo, kujua frequency, ni rahisi kuamua wakati wa kipindi hicho. Kwa mfano, katika maisha ya kila siku umeme wa sasa na mzunguko wa 50 Hz hutumiwa, kwa hiyo, muda wa kipindi chake utakuwa wa mia mbili ya pili (1/50 = 0.02).

Jenereta za awamu tatu

Kumbuka kwamba zaidi ya kiuchumi kwa njia ya faida Ili kupata sasa mbadala, jenereta ya awamu ya tatu itatumika. Mchoro rahisi wa muundo wake unaonyeshwa kwenye takwimu.

Kama unaweza kuona, jenereta hutumia coil tatu, zilizowekwa na kukabiliana na 120 °, zimeunganishwa kwa kila mmoja na pembetatu (katika mazoezi, uhusiano huo wa windings ya jenereta hautumiwi kwa sababu ya ufanisi mdogo). Wakati moja ya miti ya sumaku inapita kwa coil, emf inaingizwa ndani yake.

Ni nini sababu ya aina mbalimbali za mikondo ya umeme?

Wengi wanaweza kuwa na swali la msingi - kwa nini utumie aina mbalimbali za mikondo ya umeme ikiwa unaweza kuchagua moja na kuifanya kuwa ya kawaida? Jambo ni kwamba si kila aina ya sasa ya umeme inafaa kwa kutatua tatizo fulani.

Kwa mfano, tunatoa masharti ya kutumia shinikizo la mara kwa mara haitakuwa na faida tu, lakini wakati mwingine haiwezekani:

• kazi ya kupeleka voltage juu ya umbali ni rahisi kutekeleza kwa AC voltage;
• karibu haiwezekani kubadili umeme wa moja kwa moja kwa nyaya za umeme ambazo zina kiwango cha uhakika cha matumizi;
• msaada kiwango kinachohitajika voltage katika mzunguko wa sasa wa moja kwa moja ni ngumu zaidi na ya gharama kubwa kuliko sasa mbadala;
• motors kwa voltage alternating ni rahisi kimuundo na bei nafuu kuliko voltage moja kwa moja. Katika hatua hii ni lazima ieleweke kwamba kwa motors vile (asynchronous) ngazi ya juu inrush sasa, ambayo hairuhusu kutumika kwa ajili ya kutatua matatizo fulani.

Sasa tunatoa mifano ya shida ambapo ni sahihi zaidi kutumia voltage ya mara kwa mara:

• kubadilisha kasi ya mzunguko motors asynchronous inahitajika kubadili mzunguko wa mtandao wa usambazaji wa umeme, ambayo inahitaji vifaa ngumu. Kwa motors zinazoendesha sasa moja kwa moja, inatosha kubadilisha voltage ya usambazaji. Ndiyo sababu wamewekwa kwenye magari ya umeme;
• lishe nyaya za elektroniki, vifaa vya electroplating na vifaa vingine vingi pia hufanyika kwa sasa ya moja kwa moja ya umeme;
• Voltage ya DC ni salama zaidi kwa wanadamu kuliko voltage mbadala.

Kulingana na mifano iliyoorodheshwa hapo juu, kuna haja ya kutumia aina mbalimbali voltage.

Kuna tofauti gani kati ya AC na DC ya sasa

Dhana ya jumla mkondo wa umeme inaweza kuonyeshwa kama harakati ya chembe mbalimbali za kushtakiwa (elektroni, ioni) katika mwelekeo fulani. Na thamani yake inaweza kuwa na sifa ya idadi ya chembe za kushtakiwa ambazo zilipitia kondakta katika kipindi fulani cha muda.

Ikiwa thamani ya chembe za kushtakiwa za coulomb 1 hupitia sehemu fulani ya msalaba wa kondakta kwa muda wa sekunde 1, basi tunaweza kuzungumza juu ya nguvu ya sasa ya 1 ampere inapita kupitia kondakta. Hii huamua idadi ya amperes au sasa. Hii dhana ya jumla sasa Sasa hebu tuangalie dhana ya kutofautiana na mkondo wa moja kwa moja na tofauti zao.

Umeme wa moja kwa moja, kwa ufafanuzi, ni sasa ambayo inapita katika mwelekeo mmoja tu na haibadilika kwa muda. Sasa mbadala ina sifa ya ukweli kwamba inabadilisha mwelekeo na ukubwa wake kwa muda. Ikiwa mkondo wa moja kwa moja unaonyeshwa kimchoro kama mstari ulionyooka, basi mkondo wa mkondo unaopishana hutiririka kupitia kondakta kulingana na sheria ya sine na huonyeshwa kwa michoro kama wimbi la sine.

Kwa kuwa sasa mbadala inatofautiana kulingana na sheria ya sinusoid, ina vigezo vile kipindi cha mzunguko kamili, wakati ambao unaonyeshwa na barua T. Mzunguko wa sasa wa kubadilisha ni kinyume cha kipindi cha mzunguko kamili. . Mzunguko wa sasa wa kubadilisha unaonyeshwa na idadi ya vipindi kamili katika kipindi fulani cha muda (1 sec).

Kuna vipindi 50 kama hivyo katika mtandao wetu wa nguvu wa AC, ambayo inalingana na mzunguko wa 50 Hz. F = 1/T, ambapo muda wa 50 Hz ni 0.02 sec. F =1/0.02 = 50 Hz. Inaonyeshwa kwa kubadilisha mkondo kwa herufi za Kiingereza AC na ishara "~". Sasa ya moja kwa moja imeteuliwa DC na ina ishara "-". Kwa kuongeza, sasa mbadala inaweza kuwa awamu moja au multiphase. Mtandao wa awamu tatu hutumiwa hasa.

Kwa nini mtandao una voltage inayobadilika na sio mara kwa mara

Mkondo mbadala una faida nyingi juu ya mkondo wa moja kwa moja. Hasara ya chini wakati wa uhamisho wa sasa mbadala katika mistari ya nguvu (mistari ya nguvu) ikilinganishwa na sasa ya moja kwa moja. Alternators ni rahisi na nafuu. Inapopitishwa kwa umbali mrefu kando ya mistari ya nguvu, voltage ya juu hufikia volts elfu 330 na mkondo mdogo.

Ya chini ya sasa katika mstari wa nguvu, chini ya hasara. Usambazaji wa mkondo wa moja kwa moja kwa umbali mrefu utaleta hasara kubwa. Pia, alternators high-voltage ni rahisi zaidi na ya bei nafuu. Kutoka kwa voltage mbadala ni rahisi kupata zaidi voltage ya chini kupitia transfoma rahisi.

Pia, ni nafuu sana kupata voltage ya DC kutoka kwa voltage ya AC kuliko, kinyume chake, kutumia vibadilishaji vya gharama kubwa vya DC-AC. Waongofu vile wana ufanisi mdogo na hasara kubwa. Uongofu mara mbili hutumiwa kwenye njia ya upitishaji ya AC.

Kwanza, inapokea 220 - 330 kV kutoka kwa jenereta, na kuipeleka kwa umbali mrefu kwa transfoma, ambayo hupunguza voltage ya juu hadi kV 10, na kisha kuna vituo vinavyopunguza voltage ya juu hadi 380 V. Kutoka kwa vituo hivi, umeme inasambazwa kwa watumiaji na hutolewa kwa nyumba na paneli za umeme jengo la ghorofa.

Awamu tatu awamu ya tatu ya sasa kubadilishwa kwa digrii 120

Kwa voltage ya awamu moja sifa ya sinusoid moja, na kwa awamu ya tatu sinusoids tatu, kubadilishwa na digrii 120 jamaa kwa kila mmoja. Mtandao wa awamu tatu pia una faida zake mitandao ya awamu moja. Hizi ni vipimo vidogo vya transfoma, motors za umeme pia ni ndogo kimuundo.

Inawezekana kubadili mwelekeo wa mzunguko wa rotor motor ya umeme ya asynchronous. KATIKA mtandao wa awamu tatu unaweza kupata voltages 2 - hizi ni 380 V na 220 V, ambazo hutumiwa kubadilisha nguvu ya injini na kurekebisha joto la vipengele vya kupokanzwa. Kutumia voltage ya awamu ya tatu katika taa, flicker inaweza kuondolewa taa za fluorescent, ambayo wameunganishwa na awamu tofauti.

Sasa moja kwa moja hutumiwa katika umeme na katika vifaa vyote vya nyumbani, kwa kuwa inabadilishwa kwa urahisi kutoka kwa kubadilisha sasa kwa kuigawanya kwenye transformer kwa thamani inayotakiwa na kunyoosha zaidi. Chanzo cha sasa cha moja kwa moja ni betri, betri, jenereta za moja kwa moja, paneli za kuongozwa. Kama unaweza kuona, tofauti ya mkondo wa kubadilisha na wa moja kwa moja ni kubwa. Sasa tumejifunza - Kwa nini tundu letu linapita mkondo wa kubadilisha na sio mkondo wa moja kwa moja?

Sasa haiwezekani kufikiria ustaarabu wa binadamu bila umeme. TV, kompyuta, jokofu, vikaushia nywele, kuosha mashine- yote Vifaa inafanya kazi juu yake. Bila kusahau viwanda na mashirika makubwa. Chanzo kikuu cha nishati kwa wapokeaji wa umeme ni mkondo wa kubadilisha. Na ni nini? Je, vigezo na sifa zake ni zipi? Kuna tofauti gani kati ya mkondo wa moja kwa moja na mbadala? Watu wachache wanajua majibu ya maswali haya.

Tofauti dhidi ya Mara kwa mara

Mwishoni mwa karne ya kumi na tisa, kutokana na uvumbuzi katika uwanja wa sumaku-umeme, mjadala ulitokea juu ya ni aina gani ya mkondo uliofaa zaidi kutumia kutosheleza mahitaji ya binadamu. Yote yalianzaje? Thomas Edison alianzisha kampuni yake mnamo 1878, ambayo baadaye ikawa General Electric maarufu. Kampuni hiyo ilitajirika haraka na kupata imani ya wawekezaji na raia wa kawaida wa Merika la Amerika, kwani mia kadhaa ya mitambo ya umeme ya DC ilijengwa kote nchini. Sifa ya Edison iko katika uvumbuzi wa mfumo wa waya tatu. Mkondo wa moja kwa moja ulifanya kazi vizuri na ya kwanza motors za umeme na taa za incandescent. Kwa kweli hawa walikuwa wapokeaji wa nishati pekee wakati huo. Kaunta, ambayo pia ilikuwa zuliwa na Edison, ilifanya kazi pekee kwenye mkondo wa moja kwa moja. Walakini, kampuni inayokua ya Edison ilipingwa na mashirika ya ushindani na wavumbuzi ambao walitaka kupinga mkondo wa moja kwa moja hadi wa sasa mbadala.

Hasara za uvumbuzi wa Edison

George Westinghouse, mhandisi na mfanyabiashara, aliona kiungo dhaifu katika hati miliki ya Edison - hasara kubwa katika makondakta. Walakini, hakuweza kuunda muundo ambao unaweza kushindana na uvumbuzi huu. Je, ni hasara gani ya mkondo wa moja kwa moja wa Edison? Shida kuu ni usambazaji wa umeme kwa umbali. Na kwa kuwa inapoongezeka, upinzani wa waendeshaji pia huongezeka, hii ina maana kwamba hasara za nguvu pia zitaongezeka. Ili kupunguza kiwango hiki, ni muhimu ama kuongeza voltage, na hii itasababisha kupungua kwa nguvu ya sasa yenyewe, au kuimarisha waya (yaani, kupunguza upinzani wa kondakta). Hakukuwa na njia za kuongeza kwa ufanisi voltage ya DC wakati huo, hivyo mitambo ya nguvu ya Edison iliweka voltage karibu na volts mia mbili. Kwa bahati mbaya, mtiririko wa nguvu uliopitishwa kwa njia hii haukuweza kukidhi mahitaji ya makampuni ya viwanda. Mkondo wa moja kwa moja haukuweza kuhakikisha uzalishaji wa nishati watumiaji wenye nguvu, ambazo zilikuwa ziko umbali mkubwa kutoka kwa kituo cha nguvu. Na ilikuwa ghali sana kuongeza unene wa waya au kujenga vituo zaidi.

AC dhidi ya DC

Shukrani kwa transformer iliyotengenezwa mwaka wa 1876 na mhandisi Pavel Yablochkov, kubadilisha voltage ya sasa ya kubadilisha ilikuwa rahisi sana, ambayo ilifanya iwezekanavyo kusambaza zaidi ya mamia na maelfu ya kilomita. Walakini, wakati huo hapakuwa na injini ambazo zilifanya kazi kwa kubadilisha mkondo. Ipasavyo, hakukuwa na vituo vya kuzalisha au mitandao ya usambazaji.

Uvumbuzi wa Nikola Tesla

Faida isiyo na shaka ya mara kwa mara haikuchukua muda mrefu. Nikola Tesla, akifanya kazi kama mhandisi katika kampuni ya Edison, aligundua kuwa sasa ya moja kwa moja haiwezi kutoa ubinadamu na umeme. Tayari mnamo 1887, Tesla alipokea hati miliki kadhaa za kubadilisha vifaa vya sasa. Mapambano yote yakaanza kutafuta zaidi mifumo yenye ufanisi. Washindani wakuu wa Tesla walikuwa Thomson na Stanley. Na mwaka wa 1888, mhandisi wa Serbia alipata ushindi wazi, ambaye alitoa mfumo wenye uwezo wa kusafirisha nishati ya umeme kwa umbali wa mamia ya maili. Mvumbuzi huyo mchanga alichukuliwa haraka na Westinghouse. Walakini, mzozo ulianza mara moja kati ya kampuni za Edison na Westinghouse. Tayari mnamo 1891, Tesla alitengeneza mfumo wa sasa wa awamu tatu, ambao ulifanya iwezekane kushinda zabuni ya ujenzi wa jengo kubwa. Kituo cha umeme. Tangu wakati huo, mkondo wa kubadilisha umechukua nafasi ya uongozi wazi. Lile la kudumu lilikuwa likipoteza ardhi kwa pande zote. Hasa wakati rectifiers alionekana ambayo inaweza kubadilisha alternating sasa katika moja kwa moja sasa, ambayo ikawa rahisi kwa wapokeaji wote.

Ufafanuzi wa sasa wa kubadilisha

Mfano wa jenereta rahisi

Kama wengi chanzo rahisi Wanatumia sura ya mstatili iliyofanywa kwa shaba, ambayo imewekwa kwenye mhimili na inazunguka kwenye shamba la magnetic kwa kutumia gari la ukanda. Ncha za sura hii zinauzwa na pete za kuingizwa za shaba, ambazo huteleza juu ya maburusi. Sumaku inaunda uwanja wa sumaku uliosambazwa sawasawa angani. Msongamano wa mistari ya nguvu ya sumaku hapa ni sawa katika sehemu yoyote. Sura inayozunguka huvuka mistari hii na nguvu ya umeme inayobadilishana (EMF) inaingizwa kwa pande zake. Kwa kila mzunguko, mwelekeo wa jumla wa EMF unarudi nyuma, kwani pande za kazi za sura hupitia miti tofauti ya sumaku kwa mapinduzi. Tangu kasi ya makutano ya mistari ya mabadiliko ya nguvu, ukubwa wa nguvu ya electromotive pia inakuwa tofauti. Kwa hivyo, ikiwa sura imezungushwa sawasawa, nguvu ya elektroni iliyochochewa itabadilika mara kwa mara katika mwelekeo na ukubwa; inaweza kupimwa kwa kutumia vyombo vya nje na, kwa sababu hiyo, kutumika kuunda sasa mbadala katika saketi za nje.

Sinusoidality

Ni nini? Mkondo mbadala unaonyeshwa na mkunjo unaofanana na wimbi - sinusoid. Ipasavyo, EMF, sasa na voltage, ambayo inabadilika kulingana na sheria hii, inaitwa vigezo vya sinusoidal. Mviringo umeitwa hivyo kwa sababu ni taswira ya trigonometriki ukubwa wa kutofautiana- sine. Ni asili ya sinusoidal ya sasa ya kubadilisha ambayo ni ya kawaida katika uhandisi wote wa umeme.

Vigezo na sifa

Sasa mbadala ni jambo ambalo lina sifa ya vigezo fulani. Hizi ni pamoja na amplitude, frequency na kipindi. Mwisho (ulioonyeshwa na barua T) ni kipindi cha wakati ambapo voltage, sasa au EMF inakamilisha mzunguko wa mabadiliko kamili. Kasi ya rotor ya jenereta inazunguka, muda mfupi utakuwa mfupi. Frequency (f) ni idadi ya vipindi kamili vya sasa, voltage au emf. Inapimwa kwa Hz (hertz) na inaonyesha idadi ya vipindi katika sekunde moja. Ipasavyo, kadiri kipindi kirefu, ndivyo frequency inavyopungua. Ukubwa wa hali kama vile mkondo wa kubadilisha ndio thamani yake kubwa. Amplitude ya voltage, nguvu ya sasa au ya umeme imeandikwa kwa barua na index "t" - U t I t, E t, kwa mtiririko huo. Mara nyingi vigezo na sifa za kubadilisha sasa ni pamoja na thamani ya ufanisi. Voltage, sasa au emf ambayo hufanya kazi katika mzunguko kila wakati wa wakati - thamani ya papo hapo (iliyowekwa alama herufi ndogo- mimi, wewe, e). Hata hivyo, ni vigumu kutathmini sasa mbadala, kazi iliyofanywa nayo, na joto linaloundwa na thamani ya papo hapo, kwa kuwa inabadilika mara kwa mara. Kwa hiyo, sasa hutumiwa, ambayo ni sifa ya nguvu ya sasa ya moja kwa moja, ambayo hutoa joto nyingi wakati wa kupita kupitia kondakta kama inavyofanya sasa mbadala.

Hapo awali, watu hawakujua sasa ni nini. Malipo tuli yalijulikana, lakini hakuna mtu aliyeelewa au kuelewa asili ya umeme. Ilichukua karne nyingi hadi Pendant ilipokua nadharia mwenyewe, na kasisi wa Ujerumani von Klein aligundua kwamba mtungi huo ulikuwa na uwezo wa kuhifadhi nishati. Kufikia wakati Van de Graaff aliunda jenereta ya kwanza, kila mtu tayari alijua tofauti kati ya mkondo wa moja kwa moja na mkondo wa kubadilisha.

Historia ya kubadilisha na ya moja kwa moja ya sasa ya umeme

Kwa muda mrefu, kwa mfano, watu wameona kwamba kioo cha tourmaline huvutia majivu. Kwa njia, mali ya piezoelectricity ilielezwa kwanza kwa kutumia mfano wa tourmaline.

Mwanzoni mwa karne ya 19, ilionyeshwa kuwa kioo chenye joto hupata malipo ya umeme. Kwa sababu ya deformation, nguzo mbili ziliundwa:

• Kusini (mfano).
• Kaskazini (antilogical).

Aidha, ikiwa hali ya joto inabaki mara kwa mara baada ya kupokanzwa, umeme hupotea. Kisha kuonekana kwa miti kunajulikana wakati wa baridi. Inatokea kwamba kioo cha tourmaline hutoa umeme wakati hali ya joto inabadilika. Utafiti zaidi ulionyesha kuwa saizi ya uwezo inategemea:

1. Sehemu ya msalaba ya kioo (kata kwenye miti).
2. Tofauti za joto.

Mambo mengine hayaathiri kiasi cha malipo. Jambo hili linaitwa pyroelectricity. Dielectric tourmaline ilichajiwa polepole kutoka kwa mkondo unaoingia ndani. Na malipo yalibakia mahali (maeneo fulani ya uso) kutokana na mali zake za kuhami. Mpaka nguzo za tourmaline zimezungushwa kwa muda mfupi na kondakta, fuwele itaendelea kukusanya malipo wakati hali ya joto inabadilika. Mstari wa kuunganisha nguzo uliitwa mhimili wa pyroelectric.

Piezoelectricity iligunduliwa na jozi maarufu ya Curie kulingana na tourmaline mnamo 1880. Iligunduliwa kuwa saizi ya kioo inapobadilika, malipo yataanza kuzalishwa; kilichobaki ni kuja na mbinu ya kutekeleza jaribio hilo. Curie alitumia shinikizo tuli la misa ya kawaida kwa hili. Jaribio linafanyika kwenye uso wa kuhami. Kwa mfano, uzito wa kilo 1 husababisha kuonekana kwa tourmaline katika kioo malipo ya umeme ndani ya mia tano ya vitengo tuli.

Mkondo wa umeme unaonekanaje?

Inashangaza kwamba nadharia madhubuti juu ya jambo lililoelezewa bado haijaundwa. Ni muhimu kutambua kwamba kwa asili kuna malipo yaliyopatikana mbinu mbalimbali. Wakati wa radi, hii hutokea kutokana na nguvu za msuguano wa raia wa hewa, molekuli za unyevu na matukio mengine. Dunia ina chaji hasi, sasa inapita juu kila wakati kupitia angahewa. Sasa ni harakati ya wabebaji wa malipo kwa sababu fulani. Kwa mfano, tofauti zinazowezekana ni tofauti katika viwango vya carrier kati ya pointi mbili katika nafasi.

Hebu tulinganishe na shinikizo la maji. Wakati kizuizi kinapoondolewa, mtiririko utakimbilia kwa mwelekeo wa shinikizo la chini. Sasa hebu tuchukue mlinganisho wa fuwele ya tourmaline. Wacha tuseme mashtaka yanaonekana mwisho wake. Ifuatayo utahitaji kusababisha harakati, kwa mfano, na waya wa shaba. Wacha tuunganishe nguzo na mkondo wa umeme utapita. Harakati ya wabebaji itaendelea hadi uwezo utakaposawazishwa. Katika kesi hii, kioo hutolewa.

Haiwezekani kusema juu ya kutofautiana au kudumu kwa sasa wakati wa mchakato ulioonyeshwa. Mbadala na moja kwa moja sasa ni maadili ya kimwili, na hutumiwa kutokana na urahisi wa kupata mifano ya hisabati na kuzitumia kudhibiti vifaa vya kiteknolojia.

Umeme wa sasa katika hali halisi

Kwa mazoezi, sura ya sasa (wiani wa malipo dhidi ya wakati) sio sinusoidal. Na sababu mbalimbali mwonekano wa grafu umepotoshwa. Hii, kwa mfano, hutokea wakati vifaa vinapoanza na kuacha kutokana na kuingiliwa kwa asili mbalimbali. Sura ya sasa ya kubadilisha na ya moja kwa moja inapotoshwa. Aidha, kwa muda mrefu imeanzishwa kuwa hii inadhuru vifaa. Ili kupambana na janga kama hilo, mbinu zilihitajika, na wanahisabati walikuja na uchambuzi wa spectral.

Oscillation ya sura yoyote inaweza kuwakilishwa kama jumla na mvuto tofauti maalum wa sinusoidi rahisi zaidi. masafa tofauti. Inatokea kwamba wingi wa vipengele hutembea kando ya mzunguko wakati huo huo, kwa pamoja huzalisha sasa. Kwa kuongeza, sio vipengele vyote vinavyotembea kwa wakati mmoja na misa kuu. Hebu fikiria vipengele kama kundi la mchwa, kila mmoja akivuta kwa mwelekeo wake mwenyewe, na athari inayosababisha husababisha mzigo kusonga katika mwelekeo mmoja tu. Hebu tutaje kwamba pamoja na mgawo (amplitude), kila sehemu ina awamu (mwelekeo), na inaitwa harmonic.

Cascades ya vifaa imeundwa ili masafa muhimu (hasa 50 Hz) kupita ndani ya kifaa, na wengine huenda chini. Ishara inaonyeshwa ili kutatua ugumu uliotajwa mwanzoni. Oscillation yoyote inawakilishwa kama seti ya ishara muhimu na hatari, kwa msingi wa hii, vifaa lazima viundwe ipasavyo. Kwa mfano, wapokeaji wote hufanya kazi kwa kanuni iliyoelezwa: wao huchagua kupitisha sasa frequency inayohitajika. Hii inafanya uwezekano wa kukata kuingiliwa, na wimbi hupitishwa kwa upotovu mdogo kwa umbali mrefu.

Mifano ya kutumia AC na DC sasa

Sasa kutokwa kwa betri ya gari inachukuliwa kuwa takriban mara kwa mara. Voltage hapa hupungua polepole, na kwa hivyo, hata kwa mzigo sawa, athari inatofautiana kwa mpangilio. Kwa ujumla, hii hutokea kwa urahisi. Ya sasa inapita katika mwelekeo mmoja na inaonyesha takriban wiani wa mara kwa mara. Wanafanya kazi sawa:

1. Betri ya simu ya rununu.
2. Aina yoyote ya betri.
3. Betri ya Laptop.

Kwa asili, hakuna vyanzo vya moja kwa moja vya sasa (jenereta), isipokuwa Mama ya Dunia. Ni rahisi zaidi kwa mtu kuunda rotors ambayo, inazunguka kwa mzunguko maalum, huunda hali ya kuundwa kwa sasa ya umeme inayobadilishana kwenye coils za stator. Kisha mzunguko wa viwanda wa 50 Hz hupita kupitia waya na hutolewa kwa walaji kupitia kituo kidogo.

Adapta zinaweza kuchukuliwa kuwa chanzo cha DC. Hizi ni vifaa vinavyobadilisha sasa mbadala kuwa mkondo wa moja kwa moja. Hebu tuseme simu ya kiganjani hii ni +5 V, na redio za rununu zina sifa ya kuenea kubwa. Kifaa cha DC kinaweza kufanya kazi kwa ukadiriaji tu ambacho kimeundwa. Vinginevyo, ama utendaji umeharibika, au, kwa kupotoka kubwa, kutofaulu kabisa kunawezekana.

Hii inatumika kwa sasa ya kubadilisha na ya moja kwa moja. Sasa wakati umefika wa kusema kwamba katika tasnia ubadilishaji wa sasa wa moja kwa moja hadi sasa mbadala na kinyume chake haufanyiki. Kwa sababu za uchumi, motors hufanya kazi kwa awamu tatu. Kila moja inachukuliwa kuwa sasa mbadala na mzunguko wa 50 Hz. Tulisema hapo juu kwamba harmonic yoyote ina awamu. Katika kesi inayozingatiwa, awamu ni digrii 120. Mduara huundwa na digrii 360. Inatokea kwamba awamu tatu zimewekwa sawa kutoka kwa kila mmoja. Katika hali hii, ni rahisi kwa jenereta za vituo vya umeme vya maji kutoa nishati inayoingia ndani ya nyumba bila kubadilika. Lakini awamu pekee ya kubadilisha sasa inaingia ndani ya ghorofa.

Ndiyo maana Vifaa Na muundo wa ndani tofauti sana na zile za viwandani. Vigezo vya AC vinachukuliwa kuwa muhimu. Katika hali yoyote wao ni sanifu na kuzingatiwa madhubuti. Vigezo vya AC ni pamoja na:

1. Thamani ya ufanisi voltage - na kusababisha mara kwa mara ya rating kufanana katika kondakta wa kawaida. Thamani ya ufanisi iko chini ya amplitude na mzizi wa mara mbili au karibu na moja maalum. Mahitaji ya Shirikisho la Urusi ni 220-230 V pamoja na au minus 10% ya thamani ya majina.
2. Mzunguko wa sasa wa kubadilisha unategemea mahitaji ya kuongezeka kwa masharti. Kikomo cha mkengeuko kutoka Hz 50 hupimwa katika sehemu ya kumi ya asilimia. Ndiyo maana tahadhari nyingi hulipwa ili kuimarisha harakati ya shimoni kwenye mitambo ya umeme wa maji. Parameter inategemea kasi ya mzunguko wake.
3. Upotoshaji usio na mstari unachukuliwa kuwa mada tofauti. Kuna mahitaji mengi, si rahisi kuamua. Maelewano ya masafa ya kimsingi yana viwango vikali, kwa mfano: 100, 150, 200, 250 Hz.

Mahitaji sawa yanatumika kwa vigezo vya sasa vya moja kwa moja. Wacha tuseme inajulikana betri za gari kwa kweli, wao ni pamoja na katika arsenal si 12, lakini 14 V. Wakati kutokwa kunaendelea, matone ya voltage. Ikiwa voltage ya 11.9 V imesajiliwa kwenye betri, benki inachukuliwa kuwa mbaya. Tunapendekeza usome maagizo kwa uangalifu. Wacha tuongeze: ndani laptops tofauti Kuna malipo ya kuhifadhi nishati ya betri. Katika kesi hii, kiwango kinahifadhiwa ndani ya theluthi mbili ya ngazi kamili. Inaaminika kuwa basi betri itaendelea muda mrefu.

Kwa hivyo, mahitaji yanalenga kudumisha utendaji wa muda mrefu na sahihi wa vifaa. Vigezo vya sasa vya moja kwa moja na mbadala vinachukuliwa kuwa sababu inayoamua kuaminika na utendaji wa mfumo.

Ingawa tunatumia vifaa vya umeme kila siku katika maisha ya kila siku, sio kila mtu anayeweza kujibu tofauti kati ya mkondo wa sasa na wa moja kwa moja, licha ya ukweli kwamba hii inafundishwa katika mtaala wa shule. Kwa hiyo, ni mantiki kukumbuka kanuni za msingi.

Ufafanuzi wa jumla

Mchakato wa kimwili ambao chembe za kushtakiwa hutembea kwa utaratibu (mwelekeo) huitwa sasa umeme. Kawaida imegawanywa katika kutofautiana na mara kwa mara. Kwa kwanza, mwelekeo na ukubwa hubakia bila kubadilika, lakini kwa pili, sifa hizi hubadilika kulingana na muundo fulani.

Ufafanuzi ulio hapo juu umerahisishwa sana, ingawa unaelezea tofauti kati ya mkondo wa moja kwa moja na wa kubadilisha. Ili kuelewa vizuri zaidi tofauti hii ni nini, ni muhimu kutoa uwakilishi wa kielelezo wa kila mmoja wao, na pia kuelezea jinsi nguvu ya umeme ya kubadilishana inazalishwa katika chanzo. Ili kufanya hivyo, hebu tugeuke kwenye uhandisi wa umeme, au tuseme misingi yake ya kinadharia.

Vyanzo vya EMF

Vyanzo vya sasa vya umeme vya aina yoyote ni vya aina mbili:

• msingi, kwa msaada wao, umeme huzalishwa kwa kubadilisha mitambo, jua, mafuta, kemikali au nishati nyingine katika nishati ya umeme;
• sekondari, hawana kuzalisha umeme, lakini kuibadilisha, kwa mfano, kutoka kwa kutofautiana hadi mara kwa mara au kinyume chake.

Chanzo pekee cha msingi cha kubadilisha mkondo wa umeme ni jenereta; mchoro uliorahisishwa wa kifaa kama hicho umeonyeshwa kwenye takwimu.

Uteuzi:

• 1 - mwelekeo wa mzunguko;
• 2 - sumaku yenye miti S na N;
• 3 - shamba la magnetic;
• 4 - sura ya waya;
• 5 - EMF;
• 6 - mawasiliano ya pete;
• 7 - watoza wa sasa.

Kanuni ya uendeshaji

Nishati ya mitambo inabadilishwa na jenereta iliyoonyeshwa kwenye takwimu kuwa nishati ya umeme kama ifuatavyo:

Kwa sababu ya jambo kama vile induction ya sumakuumeme, wakati sura "4" inapozunguka, iliyowekwa kwenye uwanja wa sumaku "3" (inayotokea kati ya miti tofauti ya sumaku "2"), emf "5" huundwa ndani yake. Voltage hutolewa kwa mtandao kupitia watoza wa sasa "7" kutoka kwa mawasiliano ya pete "6", ambayo sura "4" imeunganishwa.

Video: moja kwa moja na mbadala ya sasa - tofauti

Kwa ukubwa wa EMF, inategemea kasi ya makutano ya mistari ya nguvu "3" na sura "4". Kutokana na sifa za uwanja wa umeme, kasi ya chini ya kuvuka, na kwa hiyo thamani ya chini ya nguvu ya umeme, itakuwa wakati ambapo sura iko katika nafasi ya wima, kwa mtiririko huo, kiwango cha juu - katika nafasi ya usawa.

Kwa kuzingatia hapo juu, katika mchakato wa mzunguko wa sare emf inaingizwa, sifa za ukubwa na mwelekeo ambao hubadilika na kipindi fulani.

Picha za picha

Shukrani kwa matumizi ya njia ya graphical, inawezekana kupata uwakilishi wa kuona wa mabadiliko ya nguvu kwa wingi mbalimbali. Chini ni grafu ya mabadiliko ya voltage kwa muda kwa seli ya galvanic 3336L (4.5 V).

Kama unaweza kuona, grafu ni mstari wa moja kwa moja, yaani, voltage ya chanzo bado haijabadilika.

Sasa tunawasilisha grafu ya mienendo ya mabadiliko ya voltage wakati wa mzunguko mmoja (mapinduzi kamili ya sura) ya jenereta.

Mhimili mlalo unaonyesha pembe ya mzunguko kwa digrii, mhimili wima unaonyesha ukubwa wa emf (voltage)

Kwa uwazi, tutaonyesha nafasi ya awali ya fremu kwenye jenereta, inayolingana na sehemu ya kuanzia ya ripoti kwenye grafu (0°)

Uteuzi:

• 1 - miti ya sumaku S na N;
• 2 - sura;
• 3 - mwelekeo wa mzunguko wa sura;
• 4 - uwanja wa sumaku.

Sasa hebu tuone jinsi EMF itabadilika wakati wa mzunguko mmoja wa mzunguko wa sura. Katika nafasi ya awali, EMF itakuwa sifuri. Wakati wa mchakato wa mzunguko, thamani hii itaanza kuongezeka vizuri, kufikia kiwango cha juu wakati sura iko kwenye pembe ya 90 °. Mzunguko zaidi wa sura utasababisha kupungua kwa EMF, kufikia kiwango cha chini wakati wa kuzunguka kwa 180 °.

Kuendelea na mchakato, unaweza kuona jinsi nguvu ya electromotive inabadilisha mwelekeo. Hali ya mabadiliko katika EMF ambayo imebadilisha mwelekeo itakuwa sawa. Hiyo ni, itaanza kuongezeka vizuri, kufikia kilele kwenye hatua inayofanana na mzunguko wa 270 °, baada ya hapo itapungua hadi sura itakamilisha mzunguko kamili wa mzunguko (360 °).

Ikiwa grafu itaendelea kwa mizunguko kadhaa ya mzunguko, tutaona sifa ya sinusoid ya kubadilisha sasa ya umeme. Kipindi chake kitafanana na mapinduzi moja ya sura, na amplitude yake itafanana na thamani ya juu ya EMF (mbele na nyuma).

Sasa hebu tuendelee kwenye tabia nyingine muhimu ya kubadilisha sasa ya umeme - mzunguko. Herufi ya Kilatini "f" hutumiwa kuiashiria, na kitengo chake cha kipimo ni hertz (Hz). Kigezo hiki kinaonyesha idadi ya mizunguko kamili (vipindi) vya mabadiliko ya EMF ndani ya sekunde moja.

Frequency imedhamiriwa na formula:. Kigezo cha "T" kinaonyesha muda wa mzunguko mmoja kamili (kipindi), kilichopimwa kwa sekunde. Ipasavyo, kujua frequency, ni rahisi kuamua wakati wa kipindi hicho. Kwa mfano, katika maisha ya kila siku umeme wa sasa na mzunguko wa 50 Hz hutumiwa, kwa hiyo, muda wa kipindi chake utakuwa wa mia mbili ya pili (1/50 = 0.02).

Jenereta za awamu tatu

Kumbuka kwamba njia ya gharama nafuu zaidi ya kupata mkondo wa umeme wa kubadilisha ni kutumia jenereta ya awamu tatu. Mchoro rahisi wa muundo wake unaonyeshwa kwenye takwimu.

Kama unaweza kuona, jenereta hutumia coil tatu, zilizowekwa na kukabiliana na 120 °, zimeunganishwa kwa kila mmoja na pembetatu (katika mazoezi, uhusiano huo wa windings ya jenereta hautumiwi kwa sababu ya ufanisi mdogo). Wakati moja ya miti ya sumaku inapita kwa coil, emf inaingizwa ndani yake.

Ni nini sababu ya aina mbalimbali za mikondo ya umeme?

Wengi wanaweza kuwa na swali la msingi - kwa nini utumie aina mbalimbali za mikondo ya umeme ikiwa unaweza kuchagua moja na kuifanya kuwa ya kawaida? Jambo ni kwamba si kila aina ya sasa ya umeme inafaa kwa kutatua tatizo fulani.

Kama mfano, tunatoa hali ambayo kutumia voltage ya mara kwa mara haitakuwa na faida tu, lakini wakati mwingine haiwezekani:

• kazi ya kupeleka voltage juu ya umbali ni rahisi kutekeleza kwa kubadilisha voltage;
• karibu haiwezekani kubadili umeme wa moja kwa moja kwa nyaya za umeme ambazo zina kiwango cha uhakika cha matumizi;
• kudumisha kiwango cha voltage kinachohitajika katika nyaya za moja kwa moja za sasa ni ngumu zaidi na ya gharama kubwa kuliko sasa mbadala;
• motors kwa voltage alternating ni rahisi kimuundo na bei nafuu kuliko voltage moja kwa moja. Katika hatua hii, ni lazima ieleweke kwamba motors vile (asynchronous) zina kiwango cha juu cha kuanzia sasa, ambayo hairuhusu kutumika kwa ajili ya kutatua matatizo fulani.

Sasa tunatoa mifano ya shida ambapo ni sahihi zaidi kutumia voltage ya mara kwa mara:

• Ili kubadilisha kasi ya mzunguko wa motors asynchronous, unahitaji kubadilisha mzunguko wa mtandao wa usambazaji wa nguvu, ambayo inahitaji vifaa vya ngumu. Kwa motors zinazoendesha sasa moja kwa moja, inatosha kubadilisha voltage ya usambazaji. Ndiyo sababu wamewekwa kwenye magari ya umeme;
• ugavi wa umeme wa nyaya za umeme, vifaa vya galvanic na vifaa vingine vingi pia hufanyika kwa sasa ya moja kwa moja ya umeme;
• Voltage ya DC ni salama zaidi kwa wanadamu kuliko voltage mbadala.

Kulingana na mifano iliyoorodheshwa hapo juu, kuna haja ya kutumia aina tofauti za voltage.