Innehåll
- Vad är likström?
- Likströmsexempel
- Vad är växelström?
- Växelströmsexempel
- Skillnader mellan AC och DC
- Byt AC till DC och tillbaka igen
Dagens forskare förstår el som ett av de mest grundläggande fenomenen i naturen. Elektriska impulser går hela tiden i våra kroppar, och till och med själva vår världs innehåll hålls samman av elektriska laddningar. Trots detta var det fortfarande nödvändigt att upptäcka elektricitet och det finns en del kontroverser om vem som var den första som gjorde detta.
Upptäckaren kan ha varit den engelska läkaren William Gilbert, som var den första som använde ordet "electricus" år 1600. Det kan också ha varit den engelska forskaren Thomas Browne, som myntade ordet "el" några år senare.
Amerikanerna gillar att tro att det var uppfinnaren Benjamin Franklin, som bevisade att blixt var elektricitet 1752. Det finns till och med bevis som visar att de antika grekerna och perserna visste om elektricitet. Den som får priset, det är en säker satsning att de upptäckte likström (likström). AC el (växelström) kom inte förrän på 1800-talet.
Vad är likström?
Forskare visualiserar elektricitet som flödet av negativt laddade partiklar som kallas elektroner. Det är samma partiklar som kretsar kring kärnorna i alla atomer som utgör materia.
De två grundläggande lagarna om elektricitet är att motsatser lockar och som stöter som. Följaktligen kommer elektroner att flyta mot en positiv terminal och bort från en negativ. Flödet inträffar endast i en riktning, och styrkan hos flödet eller strömmen beror på skillnaden i laddning mellan de två terminalerna. Denna skillnad är spänningen mellan terminalerna.
I avsaknad av extern ingång kommer elektronerna att ackumuleras på den positiva terminalen och minska potentialskillnaden mellan de två terminalerna, och så småningom kommer flödet att stoppa.
Likströmsexempel
Kanske är det mest kända exemplet på DC-strömning en blixtnedslag. Att bevisa att blixt är ett elektriskt fenomen var Benjamin Franklins verkliga prestation. Franklin flög en drake i åskväder och fäst en nyckel till draksträngen. När nyckeln blev elektriskt laddad och gav honom en mild chock, blev han upphetsad. Han hade bevisat att elektrisk laddning bygger sig upp i molnen, och att blixtnedgången är en urladdning av denna elektriska energi i en kortvarig blixtström.
Ett batteri är en annan vanlig källa för likström. Det består av ett par motsatt laddade terminaler, och när du ansluter terminalerna till en ledare flyter elektricitet från den negativa terminalen (katoden) till den positiva (anoden).
Laddningsskillnaden i ett batteri tillhandahålls vanligtvis av en kemisk process i dess kärna, och denna process kan endast fortsätta under en begränsad tid. Om du fortsätter att dra ut ström från ett batteri slutar det slutligen producera laddning och blir dött.
Vad är växelström?
Den engelska fysikern Michael Faraday upptäckte elektromagnetisk induktion 1831 när han fann att han kunde generera en elektrisk ström i en spole av ledande tråd genom att flytta en magnet fram och tillbaka inuti spolen.
Av avgörande betydelse noterade Faraday att strömmen ändrade riktning när han ändrade magnetriktningen. Den franska instrumenttillverkaren Hippolyte Pixii använde denna upptäckt för att bygga den första växelströmsgeneratorn 1832.
AC-el produceras alltid av en induktionsgenerator av den typ som byggs av Pixii, även om moderna generatorer är mycket mer sofistikerade än Pixiis-maskinen. Generatorn kan använda roterande magneter, eller den kan ha en roterande spole, men det är alltid någon typ av rotation involverad, och rotationsperioden definierar hur ofta strömmen ändrar riktning.
Eftersom den ändrar riktning har växelström en tillhörande frekvens, vilket är antalet gånger per sekund som det vänder.
Växelströmsexempel
Du behöver inte leta långt för att hitta exempel på växelström. Ljusen i rummet där du sitter, liksom luftkonditioneringsapparaten, elvärmaren och alla apparater, tänds på växelström, som genereras på ditt lokala kraftverk.
De flesta kraftverk använder ånga genererad av fossila bränslen, kärnklyvning eller geotermiska processer för att snurra en turbin. Turbinen genererar elektricitet genom elektromagnetisk induktion och rotationshastigheten regleras noggrant för att producera elektricitet med en fast frekvens. I Nordamerika är frekvensen 60 Hz (cykler per sekund), men i de flesta av resten av världen är dess 50 Hz.
Vindkraftverk är förnybara energikällor som också genererar växelström, men de litar på att vinden snurrar sina turbiner istället för fossila bränslen eller kärnbränsle. Vissa våggeneratorer har också turbiner som producerar växelström. När vågorna komprimerar ett hydraulsystem eller en ficka med slutna luft används den lagrade energin för att snurra en turbin.
Skillnader mellan AC och DC
I den elektrifierade världen av 2000-talet är det svårt att föreställa sig en tid då det inte fanns någon elektricitet, men den tiden var inte så länge sedan. I slutet av 1800-talet hade lampan uppfunnits, men det fanns inget sätt att generera kraft och få den in i hem så att människor kunde använda den nya uppfinningen.
Thomas Edison, som hjälpte till att utveckla och marknadsföra glödlampor, var för ett nätverk av DC-genererande stationer, medan Nikola Tesla, en serbisk uppfinnare och tidigare anställd i Edisons, gynnade AC-generatorer. Tesla vann, och här är några av orsakerna:
Byt AC till DC och tillbaka igen
Även om elen som kommer genom kraftledningarna är växelström kräver elektronikutrustning ofta likström. I ett kretsschema är likströmssymbolen en rak linje med tre prickar eller linjer under den, medan den för växelström är en enda vågig linje. För att konvertera växelström till DC använder elektronikspecialister vanligtvis en kretskomponent som kallas en diod eller likriktare. Den passerar endast ström i en riktning, vilket skapar en pulserande likströmsignal från en växelströmskälla.
Verktyget för att konvertera likström till växelström kallas en växelriktare. Den använder transistorer, som är kretskomponenter som kan slå på och stänga mycket snabbt, för att leda ström längs en serie kretsvägar som effektivt ändrar dess riktning över ett par centrala terminaler, som är den del av kretsen som du fäster till AC-belastning. Omformare används i elektriska fordon. De används också i fotovoltaiska system för att konvertera likström som genereras av solpaneler till växelström för användning i hemmet.