Когда появилось и кто открыл электричество в россии

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения — это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали — Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

{SOURCE}

Древнее время

Термин «электричество» происходит от древнегреческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь». Первое упоминание об этом явлении связано с античными временами. Древнегреческий математик и философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружил, что если произвести трение янтаря о шерсть, то у камня появляется способность притягивать мелкие предметы.

Фактически это был опыт изучения возможности производства электроэнергии. В современном мире такой метод известен, как трибоэлектрический эффект, который дает возможность извлекать искры и притягивать предметы с легким весом. Несмотря на низкую эффективность такого метода, можно говорить о Фалесе, как о первооткрывателе электричества.

В древнее время было сделано еще несколько робких шагов на пути к открытию электричества:

  • древнегреческий философ Аристотель в IV веке до н. э. изучал разновидности угрей, способных атаковать противника разрядом тока;
  • древнеримский писатель Плиний в 70 году нашей эры исследовал электрические свойства смолы.

Все эти эксперименты вряд ли помогут нам разобраться в том, кто открыл электричество. Эти единичные опыты не получили развития. Следующие события в истории электричества состоялись много веков спустя.

Переменный ток и его свойства

Переменный ток циклически меняет направление и силу, характеризуется следующими параметрами:

  1. частота. Число циклов (периодов) в секунду. Например, частота тока в сети составляет 50 Гц;
  2. амплитуда. Максимальное отклонение напряжения и силы тока от нуля. Так, сетевое напряжение 50 раз в секунду меняет значение от -311 В до 311 В;
  3. действующее значение. Это напряжение или сила эквивалентного постоянного тока, то есть такого, который вызывает в проводнике такое же тепловыделение, как и данный переменный. К действующему значению прибегают с целью упрощения расчетов: работать с постоянно изменяющимися величинами крайне неудобно. Например, если в формуле записать действительное значение переменного сетевого напряжения, изменяющегося от -311 В до 311 В по синусоидальному закону, получится уравнение с тригонометрическими функциями либо комплексными числами. Гораздо проще оперировать постоянным действующим значением в 220 В;
  4. форма. Сетевой ток, производимый механическими генераторами, имеет синусоидальную форму. На выходе инвертора она может быть остроугольной, ступенчатой и т. д.

Переменный ток уступает постоянному в следующем:

  1. он менее качественный. Так, сварной шов получается более прочным и надежным, если сварка осуществлялась постоянным током. Качественнее работает и электроника;
  2. при частоте в 50 Гц — более опасен. Нарушения в организме вызывает уже при силе в 50 мА, тогда как постоянный — при силе в 300 мА. Однако, с повышением частоты переменный ток становится уже не таким опасным. Так, выдающийся изобретатель Никола Тесла на публичных опытах пропускал через себя переменный ток большого напряжения (светилась зажатая в руке лампа), предварительно подняв его частоту до нескольких мегагерц;
  3. сопротивление проводников переменному току выше, чем постоянному. Разъяснение этому будет дано ниже.

Но есть у переменного тока и полезная особенность: создаваемое им магнитное поле также является переменным, а значит, оно способно наводить в проводниках ЭДС (закон электромагнитной индукции).

Переменный ток делает возможным работу таких устройств:

  1. трансформаторы. За счет повышения напряжения значительно сокращаются потери в линиях электропередач;
  2. индукционные нагреватели;
  3. дроссельные фильтры. Дроссель — катушка. Создаваемое ею переменное магнитное поле противодействует переменному току, то есть дроссель выступает в качестве сопротивления. От индуктивности катушки зависит частота тока, которому она сильнее всего противодействует. Эта особенность позволяет глушить дросселем высокочастотные помехи в сети.

Наличием переменного магнитного поля объясняется и упомянутое выше увеличение сопротивления проводника. В нем полем также наводится ЭДС, противодействующая данному переменному току. Эта ЭДС выше в центре проводника, где сконцентрированы силовые линии поля, соответственно, носители заряда вытесняются наружу (поверхностный или скин-эффект).

В итоге вместо всего сечения проводника ток пропускает только некоторая его часть, отчего и возрастает сопротивление. Еще отличие переменного тока от постоянного — способность протекать по цепи с последовательно включенным конденсатором. Для постоянного тока разрыв между обкладками непреодолим, тогда как переменный протекает почти свободно, заряжая обкладки то с одним, то с другим знаком.

Конденсатор, как и катушка, каждый раз накапливает энергию и затем возвращает ее в цепь, так что он тоже оказывает переменному току сопротивление, которое зависит от емкости конденсатора.

Каким бывает ремонт душевых кабин

Как ни странно это звучит, но ремонта душевых кабинок можно избежать, если грамотно за ними ухаживать и осторожно пользоваться. Кроме того, о ремонте необходимо задуматься еще до того, как вы установите у себя дома свою душевую кабину

Выбирайте качественные материалы для ее монтажа, если вы делаете душ своими руками, и приобретаете только качественное устройство, если устанавливаете уже готовую от производителя.

Экстренного ремонта душевого бокса можно избежать, если во время производить осмотр и проверку данного изделия

Старайтесь время от времени осматривать внешний вид кабины, вытирать засорившиеся места, перебирать смеситель и чистить лейку. Кроме того, если у вас акриловый или пластиковый поддон, то его лучше сразу укрепить, и посадить на основание.

Что может ломаться в душевой кабине:

  • Гибкий шланг. Он может треснуть в местах присоединении, или даже просто по корпусу.
  • Слив. Он может засориться или протекать.
  • Смеситель. Может выйти из строя картридж, или износится прокладки.
  • Может засориться лейка или аэратор.
  • Роликовая система или петли так же могут выйти из строя.
  • Поддон, если он есть, может дать трещину, или разбиться.
  • Возможна разгерметизация стен.

В душевых кабинах из поликарбоната могут появиться трещины на дверцах или наружной панели.

Генерирование переменного тока

Простейший генератор переменного тока: если вокруг проволочной катушки, намотанной на магнитопровод из трансформаторной стали вращать маховик с установленными в нём несколькими парами постоянных магнитов, то в катушке (условно показан один виток) будет наводиться синусоидальная ЭДС, а при подключении нагрузки в электрической цепи появится переменный ток.Применяется на транспортных средствах (мопеды, лёгкие мотоциклы, снегоходы, гидроциклы, а также на подвесных лодочных моторах), работает совместно с выпрямителем и регулятором напряжения (см. магдино).

Основная статья: Генератор переменного тока

Принцип действия генератора переменного тока основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле.

Электродвижущая сила e{\displaystyle e} генератора переменного тока определяется по формуле:

e=w2Blα2ωsin⁡ωt{\displaystyle e=w2Bl{\frac {\alpha }{2}}\omega \sin \omega t}, где

w{\displaystyle w} — количество витков;

B{\displaystyle B} — магнитная индукция магнитного поля в вольт-секундах на квадратный метр (Тл, Тесла);

l{\displaystyle l} — длина каждой из активных сторон контура в метрах;

ω{\displaystyle \omega } — угловая скорость синусоидальной электродвижущей силы, в данном случае равная угловой скорости вращения магнита в контуре;

ωt{\displaystyle \omega t} — фаза синусоидальной электродвижущей силы.

Частота переменного тока, вырабатываемого генератором, определяется по формуле:

f=pn60{\displaystyle f=p{\frac {n}{60}}}, где

f{\displaystyle f} — частота в герцах;

n{\displaystyle n} — число оборотов ротора в минуту;

p{\displaystyle p} — число пар полюсов.

По количеству фаз генераторы переменного тока бывают:

  • трёхфазные генераторы — основной тип мощных промышленных генераторов;См. также трёхфазная система электроснабжения, трёхфазный двигатель, автомобильный генератор трёхфазного переменного тока.
  • однофазные генераторы, применяются, как правило, на маломощных бензиновых электростанциях, встроены в двигатели внутреннего сгорания мопедов, лёгких мотоциклов, снегоходов, гидроциклов, подвесные лодочные моторы;См. также конденсаторный двигатель, однофазный двигатель.
  • двухфазные генераторы, встречаются значительно реже по сравнению с однофазными и трёхфазными.См. также двухфазная электрическая сеть, двухфазный двигатель.

Модифицированная синусоида, генерируемая инвертором.

Инверторы

Постоянный ток может быть преобразован в переменный с помощью инвертора.

Следует отметить, что недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или модифицированная синусоида. Для получения синусоидального тока инвертор должен иметь задающий генератор (как правило, специализированная микросхема, формирующая электрический сигнал синусоидальной формы, который затем управляет работой тиристорных или транзисторных электронных ключей.

Фазорасщепитель

Трёхфазный ток может быть получен из однофазного при помощи фазорасщепителя. Эти электрические машины применяются, в частности, на электровозах, таких как ВЛ60, ВЛ80.

Что такое переменный ток. Определение переменного тока

Переменный ток – это направленное движение заряженных частиц, направление движения которых меняется на противоположное через равные промежутки времени. Если постоянный ток течет в одном направлении и не меняется по величине, то переменный ток может быть в данный момент положительным, а через определенный промежуток времени отрицательным.


Получение переменного тока

Вырабатывают переменный ток генераторы переменного напряжения, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Форма переменного тока может быть различной и зависит от его назначения. Форма переменного тока промышленного назначения и для бытовых нужд населения носит синусоидальный характер.

Он имеет такие характеристики как амплитуда, частота и период. Периодом синусоидального тока является его полный цикл колебания и измеряется временем совершения одного цикла колебания. Такие циклы повторяются и поэтому переменный ток еще называют циклическим.

Период обозначается буквой Т и выражается в секундах. Другим параметром синусоидального тока является частота, которая обратно пропорциональна периоду т. е. F = 1/Т. Если период переменного тока равен 1 секунде, то частота его будет равна 1 Гц.


Период, частота и амплитуда переменного тока

Существует два стандарта переменного тока – это 50 Гц и 60 Гц. В России используется частота сети 50 Гц, а в Канаде и США 60 Гц. Такой параметр как амплитуда, определяется его наибольшей величиной в определенный промежуток времени, она может иметь отрицательное или положительное значение.

Постоянный и переменный ток

Виды электрического тока

Следующим вопросом, в котором мы предлагаем разобраться – это: что такое переменный ток и постоянный ток. Ведь многие не совсем правильно понимают эти понятия.

Постоянный ток

Постоянным называется ток, который в течение времени не изменяет своей величине и направлению. Достаточно часто к постоянному еще относят пульсирующий ток, но давайте обо всем по порядку.

Постоянный ток

  • Постоянный ток характеризуется тем, что одинаковое количество электрических зарядов постоянно сменяет друг друга в одном направлении. Направление — это от одного полюса, к другому.
  • Получается, что проводник всегда имеет либо положительный, либо отрицательный заряд. И в течение времени это неизменно.

Виды пульсирующего тока

  • Но под понятие, что такое постоянный ток достаточно часто относят и так называемый пульсирующий ток. От постоянного он отличается только тем, что его значение в течение времени изменяется, но при этом он не меняет своего знака.
  • Допустим, мы имеем ток в 5А. Для постоянного тока эта величина будет неизменной в течении всего периода времени. Для пульсирующего тока, в один отрезок времени она будет 5, в другой 4, а в третий 4,5. Но при этом он ни в коем случае не снижается ниже нуля, и не меняет своего знака.

Вариант преобразованного из переменного, постоянного пульсирующего тока

  • Такой пульсирующий ток очень распространен при преобразовании переменного тока в постоянный. Именно такой пульсирующий ток выдает ваш инвертор или диодный мост в электронике.
  • Одним из главных преимуществ постоянного тока является то, что его можно накапливать. Сделать это можно своими руками, при помощи аккумуляторных батарей или конденсаторов.

Переменный ток

Чтобы понять, что такое переменный ток, нам необходимо представить себе синусоиду. Именно эта плоская кривая лучше всего характеризует изменение постоянного тока, и является стандартом.

Синусоида переменного тока

Как и синусоида, переменный ток с постоянной частотой меняет свою полярность. В один период времени он положительный, а в другой период времени он отрицательный.

На фото основные параметры синусоиды

Поэтому, непосредственно в проводнике передвижения, носителей заряда, как такового, нет. Дабы понять это, представьте себе волну, набегающую на берег. Она движется в одну сторону, а затем — в обратную. В итоге, вода вроде движется, но остается на месте.

Частота переменного тока

Исходя из этого, для переменного тока очень важным фактором становится его скорость изменения полярности. Этот фактор называют частотой.

Чем выше эта частота, тем чаще за секунду меняется полярность переменного тока. В нашей стране для этого значения есть стандарт – он равен 50Гц.

То есть, переменный ток меняет свое значение от крайнего положительного, до крайнего отрицательного 50 раз в секунду.

Формула частоты переменного тока

Но существует не только переменный ток частотой в 50Гц. Многое оборудование работает на переменном токе отличных частот.

Ведь за счет изменения частоты переменного тока, можно изменять скорость вращения двигателей.

Можно так же получать более высокие показатели обработки данных – как например в чипсетах ваших компьютеров, и многое другое.

Генерирование переменного тока

Простейший генератор переменного тока: если вокруг проволочной катушки, намотанной на магнитопровод из трансформаторной стали вращать маховик с установленными в нём несколькими парами постоянных магнитов, то в катушке (условно показан один виток) будет наводиться синусоидальная ЭДС, а при подключении нагрузки в электрической цепи появится переменный ток.Применяется на транспортных средствах (мопеды, лёгкие мотоциклы, снегоходы, гидроциклы, а также на подвесных лодочных моторах), работает совместно с выпрямителем и регулятором напряжения (см. магдино).

Принцип действия генератора переменного тока основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле.

Электродвижущая сила e{\displaystyle e} генератора переменного тока определяется по формуле:

e=w2Blα2ωsin⁡ωt{\displaystyle e=w2Bl{\frac {\alpha }{2}}\omega \sin \omega t}, где

w{\displaystyle w} — количество витков;

B{\displaystyle B} — магнитная индукция магнитного поля в вольт-секундах на квадратный метр (Тл, Тесла);

l{\displaystyle l} — длина каждой из активных сторон контура в метрах;

ω{\displaystyle \omega } — угловая скорость синусоидальной электродвижущей силы, в данном случае равная угловой скорости вращения магнита в контуре;

ωt{\displaystyle \omega t} — фаза синусоидальной электродвижущей силы.

Частота переменного тока, вырабатываемого генератором, определяется по формуле:

f=pn60{\displaystyle f=p{\frac {n}{60}}}, где

f{\displaystyle f} — частота в герцах;

n{\displaystyle n} — число оборотов ротора в минуту;

p{\displaystyle p} — число пар полюсов.

По количеству фаз генераторы переменного тока бывают:

  • трёхфазные генераторы — основной тип мощных промышленных генераторов;См. также трёхфазная система электроснабжения, трёхфазный двигатель, автомобильный генератор трёхфазного переменного тока.
  • однофазные генераторы, применяются, как правило, на маломощных бензиновых электростанциях, встроены в двигатели внутреннего сгорания мопедов, лёгких мотоциклов, снегоходов, гидроциклов, подвесные лодочные моторы;См. также конденсаторный двигатель, однофазный двигатель.
  • двухфазные генераторы, встречаются значительно реже по сравнению с однофазными и трёхфазными.См. также двухфазная электрическая сеть, двухфазный двигатель.

Модифицированная синусоида, генерируемая инвертором.

Инверторы

Постоянный ток может быть преобразован в переменный с помощью инвертора.

Следует отметить, что недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или модифицированная синусоида. Для получения синусоидального тока инвертор должен иметь задающий генератор (как правило, специализированная микросхема, формирующая электрический сигнал синусоидальной формы, который затем управляет работой тиристорных или транзисторных электронных ключей.

Фазорасщепитель

Трёхфазный ток может быть получен из однофазного при помощи фазорасщепителя. Эти электрические машины применяются, в частности, на электровозах, таких как ВЛ60, ВЛ80.

Война токов: постоянный против переменного

Как поспорили Никола Тесла и Томас Эдисон

В 1878 году была основана компания “Эдисон электрик лайт”. Ее основатель Томас Эдисон хотел дать дешевую энергию жителем США. Год ушло на разработку лампочки. Правда, первые прототипы источника освещения работали всего 12 часов. Но это уже был прорыв, в то время люди для освещения пользовались газовыми или керосиновыми горелками.

Томас ЭдисонВ 1880 году Эдисон разработал и запатентовал “технологию трех проводов” для передачи энергии. В его портфеле уже были несколько бумаг с электрическими патентами, и технология передачи электроэнергии стала очередным из них. С помощью нулевого провода и проводов +100 и -100 вольт удалось передать электричество на расстояния в 1,5 километров. Именно ограниченность расстояний и было главным минусом постоянного тока, но об этом потом. . .

Второй герой нашей статьи родился в Хорватии. Никола Тесла закончил Высшее техническое училище в Граце и Парижский университет. Во время обучения в университете к будущему мировому гению пришла идея использования переменного тока в бытовых нуждах. Он даже на бумаге набросал примерный чертеж генератора переменного тока. После приезда в США Тесла показал проект генератора Эдисону, но тот сказал, что посмотрит после, кинул его в свой стол. Томас предложил поработать сербскому гению в его компании над постоянным током. Тесле нужны были деньги, и он согласился.

Основным оппонентом Эдисона в “войне токов” был Джордж Вестингауз. Изобретатель и промышленник хорошо разбирался в физике и поэтому быстро понял, что у постоянного тока был один существенный минус – существенная потеря мощности при передаче на большие расстояния. Пока Тесла работал на Эдисона перевес в “войне токов” был на его стороне, но Томас допустил непростительную ошибку, не став повышать жалование Никола, и тот ушел из компании “Эдисон электрик лайт”.

Никола ТеслаНа одном из публичных лекций Теслы с ним познакомился Вестингауз. Он не только выкупил у молодого изобретателя патенты на его изобретения, касающиеся переменного тока, но и пригласил поработать в “Вестингауз Электрик”. В 1888 году Тесла сконструировал счетчик переменного тока. Именно отсутствие счетчика учитывающего потребление электричества было одним из тормозов в развитии технологии переменного тока.

Эдисон быстро понял, что его гегемония на электрическом рынке пошатнулась, а значит деньги американцев теперь польются в другой карман. Томас начал действовать. Сначала он подал несколько исков о нарушении патентного законодательства. Суд их отверг. Тогда Эдисон подключил технологии “черного пиара”. Он собирал все несчастные случаи, связанные с переменным током и передавал их журналистам. Получающие жалования из его кармана акулы пера не скупились на громкие заголовки.

Еще одним ударом из подтешка от Эдисона было использование конструкции электрического стула в казни человека. Его изобрел друг Томаса инженер-самоучка Гарольд Браун. Естественно, что ток, который отправлял преступников в мир иной, в электрическом стуле использовался переменного типа. После того, как с помощью электрического стула Джордж Вестингаузказнили Уильяма Кеммлера, убийцу своей матери из Буффоло, отстаивавший переменный ток Вестингауз заявил, что “топором у них получилось бы лучше”. По своему обыкновению, Эдисон быстро связался с журналистами, и они расписали предсмертные муки убийцы, озаглавив статью “Вестингауз убил Кеммлера”.

Настроение общества сделало свое дело, постоянный ток стал более популярным. В 1892 году на Манхэттоне построили первую электростанцию вырабатывающую ток такого типа. Технология стала распространяться по Нью-Йорку.

Тесла бы не был гением, если бы не попытался ответить Эдисону. Серб устроил представление, в котором пропускал через себя миллионы вольт переменного тока. Его окружали молнии, которые резвились и играли на его теле, но при этом самому Тесле они не приносили вреда. Публика рукоплескала гению. Переменный ток получил толчок к распространению.

Экономическая целесообразность использование переменного тока сделало свое дело. “Эдисон электрик лайт” перешла в руки профессиональных менеджеров. Она объединилась с фирмой Thomas-Houston Electric Company, специализирующейся на переменном токе. Эдисон признал свою ошибку и назвал ее самой большой в своей жизни. Но до 1928 года две технологии развивались параллельно. В наше время постоянный ток, благодаря технологии сверхпроводимости, опять вызывает интерес. Сегодня победа Теслы и Вестингауза уже не может считаться безоговорочной.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий