Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Электрический ток — он не простой. Различают постоянный ток и переменный ток. Ну а если верить мемам, то есть ещё тик ток. Давайте попробуем разобраться в чём физическое отличие этих понятий.
На самом деле тут всё не так сложно, как, например, в попытках описать различия между электрическими зарядами разного знака, где допущений больше, чем самой физики.
Скорее всего вы уже и без меня знаете, что график постоянного тока — это прямая линия, ну а график переменного тока есть синусоида.
Из графиков логично следует, что значение постоянного тока не меняется с течением времени, а значение переменного изменяется согласно закону синуса. В общем-то, это и есть главное отличие. С физической точки зрения это означает, что постоянный ток в проводе есть всегда и он одинаков, а переменный ток изменяет уровень и в какой-то момент имеет нулевое значение.
Более того, если рассматривать электрический ток как упорядоченное направленное движение заряженных частиц, то мы видим, что при постоянном токе в цепи есть движение таковых в одном направлении (это следует из прямой линии), а при переменном — направления движения частиц в цепи регулярно меняются согласно периодам (и это видно на графике, где синусоида оказывается в минусовой зоне).
Изначально повсеместно использовался постоянный ток. Все электрические сети были ориентированы на него. Но использоваться он стал не просто так. Секрет кроется в природе тока. То, что легко получить стандартными методами, даёт нам постоянный электрический ток. Например, если изловить какую-то электрическую рыбу, то при анализе её разряда ток окажется постоянным. Одинаковое количество заряженных частичек будет перемещаться в одном направлении в течение некоторого времени и никакой синусоиды на графике мы не увидим. Всё это связано с механизмом получения тока.
Вот например, в стандартном аккумуляторе или батарейке мы тоже работаем с постоянным током. Электричество в батарейках вырабатывается посредством электрохимических реакций. У любой батарейки есть два полюса: «+» и «–». Они называются катодом и анодом соответственно. Между ними располагается электролит — жидкая или твердая масса, в которой наблюдается химическая реакция. В процессе этой реакции происходит передача электронов от анода к катоду. А это, по сути, и есть электрический ток.
Электрохимическая реакция провоцирует движение заряженных частиц, которые скапливаются у соответствующих клемм батарейки. Их изобилие при подключении внешней нагрузки и замыкании цепи инициирует появление постоянного тока. При этом количество частиц в единицу времени остаётся постоянным (пока батарейка не начнёт потихоньку разряжаться), а никаких пульсаций не будет. Ведь направление движения в данном случае обусловлено химической природой реакции. Вот вам и постоянный ток. При этом нужно отметить, что все методы «простого» получения тока будут примерно такими же.
Постоянный ток обладает и достоинствами, и недостатками. Например, при передаче на большие расстояния, огромное количество энергии выделяется в виде тепла и по сути теряется. Об этом задумался Никола Тесла. Фактически можно сказать, что весь переменный ток связан с его именем. Он предложил специфический метод получения тока. Тут не столь важны исторические детали и ход мысли, сколько значимы именно методики.
Специфика методики получения тока делает его переменным.
Если при постоянном токе мы работаем с источниками типа батарейки, то при переменном всё интереснее. Вы, вероятнее всего, слышали, что появление тока напрямую связано с магнитными полями. Это отдельная большая тема. Так вот, если крутить катушку рядом с магнитом, то появление тока в цепи магнитов будет описываться именно синусоидой. Магнит летит мимо катушки. При его подлёте значение тока в цепи возрастает, при достижении катушки значение максимально, а когда катушка отдаляется, то значение плавно идёт на спад. Потом всё повторяется — ведь якорь генератора крутится и получается цикличность. Посмотрите лучше на схему и наверняка сразу поймете смысл.
Получается, что всё работает по простой схеме — когда виток рамки (он же катушка) летит мимо магнита, мы имеем максимальное значение тока. Поскольку она крутится и то отдаляется, то приближается — вот вам и переменный ток.
Гораздо больше интересных вопросов тут связано скорее с тем, как этот ток появляется из магнита и рамки. Если в батарейке был раствор электролита, который помогал реакции, то что есть тут? По факту мы имеем, что железяка крутится рядом с магнитом и откуда-то берутся электроны. Можно использовать более современное представление об электрическом токе и сказать, что частички вибрируют в нужных направлениях. Тогда такие вибрации просто передают энергию. Но тогда это не соответствует логики теории получения постоянного тока. Впрочем, это не относится к различиям электрических токов и проанализируем мы эту логику в отдельной статье.
Полезно знать, что электрические токи могут «превращаться» друг в друга.
Преобразование переменного тока в постоянный достигается с помощью устройств, называемых выпрямителями. Выпрямители могут работать на основе диодов (полуволновые или двухполупериодные) или полупроводников (например, мостовые выпрямители). Это тоже большая отдельная тема. Если коротко, то система не пропускает через себя ток в обратном направлении. Это легко сделать, например, посредством полупроводникового диода. Получается пульсирующий постоянный ток. Пульсации потом убираются конденсатором.
Для преобразования постоянного электрического тока в переменный используется инвертор — устройство, предназначенное для получения из постоянного тока одной величины переменный ток другой величины. Самый простой способ сделать такую штуку — использовать транзисторы большой мощности или другие полупроводники для быстрого включения и отключения входного постоянного тока. На выходе получится переменный ток. Грубо говоря это можно было бы заменить механическим включателем, который нужно ну очень точно жамкать и успевать ещё менять полярность на источнике питания.
Если вы изучили описанный выше материал, то всё должно стать ясно. Осциллограф — это устройство, созданное для изучения параметров электрического сигнала, который подаётся на его вход. По сути его задача — нарисовать график тока. Поэтому, если подать постоянный ток, то мы очевидно наблюдаем его график, а если ток переменный, то мы видим синусоиду. Думаю, что принцип работы осциллографа не являлся тут сутью вопроса и описывать это не нужно. Да само описание будет излишне громоздким. Просто представьте себе, что осциллограф умеет рисовать графики того, что измеряет. Как будто вы карандашом рисуете такой график по точкам в тетради.
Поделись видео: