Trong thế giới hiện đại, mỗi người đều đã tiếp xúc với điện từ khi còn nhỏ. Lần đầu tiên đề cập đến hiện tượng tự nhiên này bắt nguồn từ thời các nhà triết học Aristotle và Thales, những người bị hấp dẫn bởi những đặc tính kỳ diệu và bí ẩn của dòng điện. Nhưng chỉ đến thế kỷ 17, những bộ óc khoa học vĩ đại mới bắt đầu một loạt khám phá liên quan đến năng lượng điện vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.
Sự phát hiện ra dòng điện và việc Michael Faraday tạo ra chiếc máy phát điện đầu tiên trên thế giới vào năm 1831 đã thay đổi hoàn toàn cuộc sống của con người. Chúng ta đã quen với việc cuộc sống của chúng ta trở nên dễ dàng hơn nhờ các thiết bị sử dụng năng lượng điện, nhưng cho đến nay hầu hết mọi người vẫn chưa hiểu rõ về hiện tượng quan trọng này. Để bắt đầu, để hiểu các nguyên tắc cơ bản của điện, cần phải nghiên cứu hai định nghĩa cơ bản: dòng điện và hiệu điện thế.
Nội dung
Dòng điện và hiệu điện thế là gì
Điện lực là chuyển động có thứ tự của các hạt mang điện (vật mang điện). Hạt tải điện của dòng điện là các êlectron (trong kim loại và khí), cation và anion (trong chất điện giải), lỗ trống ở độ dẫn điện tử-lỗ trống. Hiện tượng này được biểu hiện bằng sự tạo ra từ trường, sự thay đổi thành phần hóa học hoặc sự đốt nóng của các vật dẫn. Các đặc điểm chính của dòng điện là:
- cường độ dòng điện, được xác định theo định luật Ohm và được đo bằng Ampe (NHƯNG), trong các công thức được ký hiệu bằng chữ I;
- công suất, theo định luật Joule-Lenz, được đo bằng watt (Thứ ba), được ký hiệu bằng chữ P;
- tần số, được đo bằng hertz (Hz).
Dòng điện, như một chất mang năng lượng, được sử dụng để thu năng lượng cơ học bằng cách sử dụng động cơ điện, để thu năng lượng nhiệt trong các thiết bị sưởi, hàn điện và lò sưởi, để kích thích các sóng điện từ có tần số khác nhau, để tạo ra từ trường trong nam châm điện và để thu được ánh sáng năng lượng trong các thiết bị chiếu sáng và các loại đèn.
Vôn là công do điện trường thực hiện để di chuyển một điện tích của 1 mặt dây chuyền (Cl) từ điểm này của vật dẫn đến điểm khác. Dựa trên định nghĩa này, vẫn còn khó hiểu căng thẳng là gì.
Để các hạt mang điện di chuyển từ cực này sang cực khác, cần tạo ra hiệu điện thế giữa các cực này (Đó là cái được gọi là căng thẳng.). Đơn vị của hiệu điện thế là vôn (TẠI).
Cuối cùng, để hiểu định nghĩa về dòng điện và hiệu điện thế, một phép tương tự thú vị có thể được đưa ra: tưởng tượng điện tích là nước, khi đó áp suất của nước trong cột là hiệu điện thế, và tốc độ của dòng nước trong ống. là cường độ của dòng điện. Hiệu điện thế càng cao thì cường độ dòng điện càng lớn.
Dòng điện xoay chiều là gì
Nếu bạn thay đổi cực của điện thế, thì chiều của dòng điện thay đổi. Chính dòng điện này được gọi là biến thiên. Số lượng hướng thay đổi trong một khoảng thời gian nhất định được gọi là tần số và được đo, như đã đề cập ở trên, tính bằng hertz (Hz). Ví dụ, trong mạng điện tiêu chuẩn ở nước ta, tần số là 50 Hz, tức là chiều chuyển động của dòng điện thay đổi 50 lần trong một giây.
Dòng điện một chiều là gì
Khi chuyển động có thứ tự của các hạt mang điện luôn chỉ có một hướng thì dòng điện như vậy được gọi là không đổi. Dòng điện một chiều xuất hiện trong mạng điện áp không đổi khi cực tính của các điện tích bên này và bên kia không đổi theo thời gian. Nó rất thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử và công nghệ khác nhau, khi không cần truyền năng lượng trên một khoảng cách xa.
Nguồn của dòng điện
Nguồn của dòng điện thường được gọi là thiết bị hoặc dụng cụ mà dòng điện có thể được tạo ra trong mạch. Các thiết bị như vậy có thể tạo ra cả dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều. Theo phương pháp tạo ra dòng điện, chúng được chia thành cơ học, ánh sáng, nhiệt và hóa học.
Cơ khí Nguồn dòng điện biến đổi cơ năng thành điện năng.Các thiết bị này thuộc nhiều loại khác nhau. máy phát điện, do sự quay của nam châm điện quanh cuộn dây của động cơ không đồng bộ, tạo ra dòng điện xoay chiều.
nhẹ nguồn chuyển đổi năng lượng photon (năng lượng ánh sáng) thành điện năng. Chúng sử dụng đặc tính của chất bán dẫn để tạo ra điện áp khi tiếp xúc với thông lượng ánh sáng. Tấm pin mặt trời là một trong những thiết bị như vậy.
Nhiệt - biến đổi nhiệt năng thành điện năng do sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai cặp chất bán dẫn tiếp xúc - cặp nhiệt điện. Độ lớn của dòng điện trong các thiết bị như vậy liên quan trực tiếp đến chênh lệch nhiệt độ: chênh lệch càng lớn thì cường độ dòng điện càng lớn. Ví dụ, các nguồn như vậy được sử dụng trong các nhà máy điện địa nhiệt.
Hóa học một nguồn hiện tại tạo ra điện là kết quả của các phản ứng hóa học. Ví dụ, các thiết bị này bao gồm các loại pin và bộ tích điện galvanic. Nguồn dòng điện dựa trên tế bào điện thường được sử dụng trong các thiết bị độc lập, ô tô, công nghệ và là nguồn dòng điện một chiều.
Chuyển đổi AC sang DC
Các thiết bị điện trên thế giới đều sử dụng dòng điện một chiều và xoay chiều. Do đó, cần phải biến đổi dòng điện này thành dòng điện khác hoặc ngược lại.
Từ dòng điện xoay chiều, dòng điện một chiều có thể thu được bằng cách sử dụng cầu điốt hay còn được gọi là “bộ chỉnh lưu”. Lõi của bộ chỉnh lưu là một điốt bán dẫn chỉ dẫn điện theo một chiều. Sau diode này, dòng điện không thay đổi hướng của nó, nhưng các gợn sóng xuất hiện, được loại bỏ với sự trợ giúp của tụ điện và các bộ lọc khác. Bộ chỉnh lưu có sẵn trong các phiên bản cơ học, điện chân không hoặc bán dẫn.
Tùy thuộc vào chất lượng sản xuất của thiết bị đó, độ gợn sóng hiện tại ở đầu ra sẽ có giá trị khác nhau, theo quy luật, thiết bị càng đắt tiền và càng tốt, càng ít gợn và dòng điện càng sạch. Một ví dụ về các thiết bị như vậy là Nguồn cung cấp các thiết bị và bộ sạc, bộ chỉnh lưu của các nhà máy điện ở các phương thức vận tải, máy hàn điện một chiều và các loại khác.
Biến tần dùng để biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Các thiết bị như vậy tạo ra một điện áp xoay chiều có dạng hình sin. Có một số loại thiết bị như vậy: biến tần với động cơ điện, rơ le và điện tử. Tất cả chúng đều khác nhau về chất lượng của dòng điện xoay chiều đầu ra, giá thành và kích thước. Ví dụ về một thiết bị như vậy là nguồn điện liên tục, bộ biến tần trong ô tô hoặc, ví dụ, trong nhà máy năng lượng mặt trời.
Nó được sử dụng ở đâu và ưu điểm của dòng điện xoay chiều và một chiều là gì?
Các tác vụ khác nhau có thể yêu cầu sử dụng cả AC và DC. Mỗi loại dòng điện đều có những ưu nhược điểm riêng.
Dòng điện xoay chiều thường được sử dụng nhiều nhất khi có nhu cầu truyền tải dòng điện trên một khoảng cách xa. Việc truyền tải một dòng điện như vậy theo quan điểm của các tổn thất có thể xảy ra và chi phí của thiết bị sẽ thích hợp hơn. Đó là lý do tại sao hầu hết các thiết bị và cơ chế điện chỉ sử dụng loại dòng điện này.
Nhà dân và xí nghiệp, cơ sở hạ tầng, giao thông nằm cách xa nhà máy điện nên tất cả các mạng điện đều là điện xoay chiều. Các mạng như vậy cung cấp nguồn cấp dữ liệu cho tất cả các thiết bị gia dụng, thiết bị công nghiệp, đầu máy xe lửa. Có một số lượng đáng kinh ngạc các thiết bị hoạt động trên dòng điện xoay chiều và dễ dàng hơn nhiều để mô tả những thiết bị sử dụng dòng điện một chiều.
D.C được sử dụng trong các hệ thống tự hành, chẳng hạn như hệ thống trên ô tô, máy bay, tàu thủy hoặc tàu điện. Nó được sử dụng rộng rãi trong việc cung cấp năng lượng cho các vi mạch của các thiết bị điện tử khác nhau, trong truyền thông và các thiết bị khác, trong đó nó được yêu cầu để giảm thiểu lượng nhiễu và gợn sóng hoặc loại bỏ chúng hoàn toàn. Trong một số trường hợp, dòng điện như vậy được sử dụng trong hàn điện với sự trợ giúp của bộ biến tần. Thậm chí có những đầu máy xe lửa chạy bằng hệ thống điện một chiều. Trong y học, một dòng điện như vậy được sử dụng để đưa thuốc vào cơ thể bằng cách sử dụng điện di, và cho các mục đích khoa học để phân tách các chất khác nhau (điện di protein, v.v.).
Các chỉ định về thiết bị điện và sơ đồ
Thường thì cần phải xác định dòng điện mà thiết bị hoạt động. Suy cho cùng, việc kết nối thiết bị hoạt động bằng dòng điện một chiều với mạng điện xoay chiều chắc chắn sẽ dẫn đến những hậu quả khó chịu: hư hỏng thiết bị, cháy nổ, điện giật. Đối với điều này, thường được chấp nhận quy ước cho các hệ thống như vậy và thậm chí cả mã hóa màu sắc của dây dẫn.
Thông thường, trên các thiết bị điện hoạt động bằng dòng điện một chiều, một vạch, hai vạch liền hoặc một vạch liền cùng với một đường chấm, nằm bên dưới vạch kia, được biểu thị. Ngoài ra, dòng điện như vậy được đánh dấu bằng ký hiệu bằng chữ cái Latinh DC. Cách điện của dây dẫn trong hệ thống điện một chiều đối với dây dương có màu đỏ, dây âm có màu xanh lam hoặc đen.
Trên thiết bị điện và máy móc, dòng điện xoay chiều được biểu thị bằng chữ viết tắt tiếng Anh AC hoặc đường lượn sóng. Trên các sơ đồ và trong phần mô tả các thiết bị, nó cũng được biểu thị bằng hai đường: đặc và lượn sóng, nằm dưới đường kia. Các dây dẫn trong hầu hết các trường hợp được chỉ định như sau: pha có màu nâu hoặc đen, số 0 là xanh lam và mặt đất có màu vàng xanh.
Tại sao dòng điện xoay chiều được sử dụng thường xuyên hơn
Ở trên, chúng ta đã nói về lý do tại sao hiện nay dòng điện xoay chiều được sử dụng thường xuyên hơn dòng điện một chiều. Chưa hết, chúng ta hãy xem xét vấn đề này một cách chi tiết hơn.
Cuộc tranh luận về việc sử dụng dòng điện nào tốt hơn đã diễn ra kể từ khi có những khám phá trong lĩnh vực điện năng. Thậm chí còn có một thứ gọi là "cuộc chiến giữa các dòng điện" - cuộc đối đầu giữa Thomas Edison và Nikola Tesla về việc sử dụng một trong các loại dòng điện. Cuộc đấu tranh giữa các tín đồ của các nhà khoa học vĩ đại này kéo dài cho đến năm 2007, khi thành phố New York được chuyển sang sử dụng dòng điện xoay chiều từ dòng điện một chiều.
Lý do lớn nhất tại sao AC được sử dụng thường xuyên hơn là vì khả năng truyền nó trên một khoảng cách xa với tổn thất tối thiểu. Khoảng cách giữa nguồn hiện tại và người tiêu dùng cuối cùng càng lớn thì điện trở càng lớn Dây điện và tổn thất nhiệt cho quá trình sưởi ấm của chúng.
Để có được công suất tối đa, cần phải tăng độ dày của dây (và do đó làm giảm sức đề kháng), hoặc tăng điện áp.
Trong hệ thống AC, bạn có thể tăng điện áp với độ dày tối thiểu của dây dẫn, do đó giảm chi phí đường dây điện. Đối với các hệ thống có dòng điện một chiều, không có cách nào hợp lý và hiệu quả để tăng điện áp, và do đó đối với các mạng như vậy, cần phải tăng độ dày của dây dẫn hoặc xây dựng một số lượng lớn các nhà máy điện nhỏ. Cả hai phương pháp này đều tốn kém và làm tăng đáng kể chi phí điện năng so với mạng xoay chiều.
Với sự trợ giúp của máy biến điện, điện áp xoay chiều có hiệu (với hiệu suất lên đến 99%) có thể thay đổi theo bất kỳ hướng nào từ giá trị tối thiểu đến tối đa, đây cũng là một trong những ưu điểm quan trọng của mạng AC. Việc sử dụng hệ thống xoay chiều ba pha làm tăng hiệu suất hơn nữa, và các máy móc như động cơ chạy bằng nguồn điện xoay chiều nhỏ hơn, rẻ hơn và dễ bảo trì hơn nhiều so với động cơ DC.
Dựa trên những điều đã nói ở trên, chúng ta có thể kết luận rằng việc sử dụng dòng điện xoay chiều có lợi trong các mạng lớn và khi truyền năng lượng điện trên một khoảng cách xa, và để hoạt động chính xác và hiệu quả của các thiết bị điện tử và các thiết bị tự động, nên sử dụng dòng điện một chiều.
Các bài tương tự:
