История переменного тока. Кто открыл постоянный ток

Явление электромагнитной индукции тока: суть, кто открыл

Явление электромагнитной индукции представляет собой феномен, который заключается в возникновении электродвижущей силы или напряжения в теле, находящемся в магнитном поле, которое постоянно изменяется. Электродвижущая сила в результате электромагнитной индукции также возникает, если тело движется в статическом и неоднородном магнитном поле или же вращается в магнитном поле так, что его линии, пересекающие замкнутый контур, изменяются.

Индуцированный электрический ток

Под понятием "индукция" подразумевается возникновение какого-либо процесса в результате воздействия другого процесса. Например, электрический ток может быть индуцирован, то есть может появиться в результате воздействия особым образом на проводник магнитного поля. Такой электрический ток называется индуцированным. Условия образования электрического тока в результате явления электромагнитной индукции рассматриваются далее в статье.

Понятие о магнитном поле

Прежде чем начать изучение явления электромагнитной индукции, необходимо разобраться, что представляет собой магнитное поле. Говоря простыми словами, под магнитным полем подразумевают область пространства, в которой магнитный материал проявляет свои магнитные эффекты и свойства. Эта область пространства может быть изображена с помощью линий, которые называются линиями магнитного поля. Количеством этих линий изображают физическую величину, которая называется магнитным потоком. Линии магнитного поля являются замкнутыми, они начинаются на северном полюсе магнита и заканчиваются на южном.

Магнитное поле обладает способностью воздействовать на любые материалы, обладающие магнитными свойствами, например, на железные проводники электрического тока. Это поле характеризуется магнитной индукцией, которая обозначается B и измеряется в теслах (Тл). Магнитная индукция в 1 Тл - это очень сильное магнитное поле, которое действует с силой в 1 ньютон на точечный заряд в 1 кулон, который пролетает перпендикулярно линиям магнитного поля со скоростью 1 м/с, то есть 1 Тл = 1 Н*с/(м*Кл).

Кто открыл явление электромагнитной индукции?

Электромагнитная индукция, на принципе работы которой основаны многие современные приборы, была открыта в начале 30-х годов XIX века. Открытие явления электромагнитной индукции принято приписывать Майклу Фарадею (дата открытия - 29 августа 1831 года). Ученый основывался на результатах опытов датского физика и химика Ханса Эрстеда, который обнаружил, что проводник, по которому течет электрический ток, создает магнитное поле вокруг себя, то есть начинает проявлять магнитные свойства.

Фарадей, в свою очередь, открыл противоположное обнаруженному Эрстедом явление. Он заметил, что изменяющееся магнитное поле, которое можно создать, меняя параметры электрического тока в проводнике, приводит к возникновению разности потенциалов на концах какого-либо проводника тока. Если эти концы соединить, например, через электрическую лампу, то по такой цепи потечет электрический ток.

В итоге Фарадей открыл физический процесс, в результате которого в проводнике появляется электрический ток из-за изменения магнитного поля, в чем и заключается явление электромагнитной индукции. При этом для образования индуцированного тока не важно, что движется: магнитное поле или сам проводник. Это можно легко показать, если провести соответствующий опыт по явлению электромагнитной индукции. Так, расположив магнит внутри металлической спирали, начинаем перемещать его. Если соединить концы спирали через какой-либо индикатор электрического тока в цепь, то можно увидеть появление тока. Теперь следует оставить магнит в покое и перемещать спираль вверх и вниз относительно магнита. Индикатор также покажет существование тока в цепи.

Эксперимент Фарадея

Опыты Фарадея заключались в работе с проводником и постоянным магнитом. Майкл Фарадей впервые обнаружил, что при перемещении проводника внутри магнитного поля на его концах возникает разность потенциалов. Перемещающийся проводник начинает пересекать линии магнитного поля, что моделирует эффект изменения этого поля.

Ученый обнаружил, что положительный и отрицательный знаки возникающей разности потенциалов зависят от того, в каком направлении движется проводник. Например, если проводник поднимать в магнитном поле, то возникающая разность потенциалов будет иметь полярность +-, если же опускать этот проводник, то мы уже получим полярность -+. Эти изменения знака потенциалов, разность которых называется электродвижущей силой (ЭДС), приводят к возникновению в замкнутом контуре переменного тока, то есть такого тока, который постоянно изменяет свое направление на противоположное.

Особенности электромагнитной индукции, открытой Фарадеем

Зная, кто открыл явление электромагнитной индукции и почему возникает индуцированный ток, объясним некоторые особенности этого явления. Так, чем быстрее перемещать проводник в магнитном поле, тем будет больше значение силы индуцированного тока в контуре. Еще одна особенность явления заключается в следующем: чем больше магнитная индукция поля, то есть чем сильнее это поле, тем большую разность потенциалов она сможет создать при перемещении проводника в поле. Если же проводник находится в покое в магнитном поле, никакого ЭДС в нем не возникает, поскольку нет никакого изменения в пересекающих проводник линиях магнитной индукции.

Демонстрация явления электромагнитной индукции

Направление электрического тока и правило левой руки

Чтобы определить направление в проводнике электрического тока, созданного в результате явления электромагнитной индукции, можно воспользоваться так называемым правилом левой руки. Его можно сформулировать следующим образом: если левую руку поставить так, чтобы линии магнитной индукции, которые начинаются на северном полюсе магнита, входили в ладонь, а оттопыренный большой палец направить по направлению перемещения проводника в поле магнита, тогда оставшиеся четыре пальца левой руки укажут направление движения индуцированного тока в проводнике.

Существует еще один вариант этого правила, он заключается в следующем: если указательный палец левой руки направить вдоль линий магнитной индукции, а оттопыренный большой палец направить по направлению движения проводника, тогда повернутый на 90 градусов к ладони средний палец укажет направление появившегося тока в проводнике.

Явление самоиндукции

Ханс Кристиан Эрстед открыл существование магнитного поля вокруг проводника или катушки с током. Также ученый установил, что характеристики этого поля прямым образом связаны с силой тока и его направлением. Если ток в катушке или проводнике будет переменным, то он породит магнитное поле, которое не будет стационарным, то есть будет меняться. В свою очередь это переменное поле приведет к возникновению индуцированного тока (явление электромагнитной индукции). Движение тока индукции будет всегда противоположно циркулирующему по проводнику переменному току, то есть будет оказывать сопротивление при каждом изменении направления тока в проводнике или катушке. Этот процесс получил название самоиндукции. Создаваемая при этом разность электрических потенциалов называется ЭДС самоиндукции.

Отметим, что явление самоиндукции возникает не только при изменении направления тока, но и при любом его изменении, например, при увеличении за счет уменьшения сопротивления в цепи.

Для физического описания сопротивления, оказываемого любому изменению тока в цепи за счет самоиндукции, ввели понятие индуктивности, которая измеряется в генри (в честь американского физика Джозефа Генри). Один генри - это такая индуктивность, для которой при изменении тока за 1 секунду на 1 ампер возникает ЭДС в процессе самоиндукции, равная 1 вольт.

Переменный ток

Когда катушка индуктивности начинает вращаться в магнитном поле, то в результате явления электромагнитной индукции она создает индуцированный ток. Этот электрический ток является переменным, то есть он систематически изменяет свое направление.

Переменный ток является наиболее распространенным, чем постоянный. Так, многие приборы, которые работают от центральной электрической сети, используют именно этот тип тока. Переменный ток легче индуцировать и транспортировать, чем постоянный. Как правило, частота бытового переменного тока составляет 50-60 Гц, то есть за 1 секунду его направление изменяется 50-60 раз.

Геометрическим изображением переменного тока является синусоидальная кривая, которая описывает зависимость напряжения от времени. Полный период синусоидальной кривой для бытового тока приблизительно равен 20 миллисекундам. По тепловому эффекту переменный ток аналогичен току постоянному, напряжение которого составляет Umax/√2, где Umax - максимальное напряжение на синусоидальной кривой переменного тока.

Использование электромагнитной индукции в технике

Открытие явления электромагнитной индукции произвело настоящий бум в развитии техники. До этого открытия люди были способны производить электричество в ограниченных количествах только с помощью электрических батарей.

В настоящее время это физическое явление используется в электрических трансформаторах, в обогревателях, которые индуцированный ток переводят в тепло, а также в электрических двигателях и генераторах автомобилей.

fb.ru

История переменного тока — Циклопедия

→ Переменный ток

История переменного тока — совокупность исторических сведений о переменном токе, от его появления и конкурирования на рынке электроэнергии, до полной монополизации переменного тока во всем мире. Рассматриваются преимущества и недостатки переменного тока во всех областях его эксплуатации. Переменный ток — род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Переменный ток, в отличие от постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. Эти изменения называются частотой. Но самое важное в том, что электростанции постоянного тока, используя обычное напряжение, могут передавать электроэнергию в радиусе не больше мили. Это означает, что для того, чтоб осветить город, нужно было бы построить целую сеть местных электростанций. С переменным током все иначе: для того, чтоб осветить город, нужна одна большая электростанция.

[править] Преимущества переменного тока

1) значительно более дешевое производство генераторов; 2) также и электродвигатели в изготовлении дешевле и проще; 2) более удобная передача на большие расстояния; 3) возможность легко менять напряжение; 4) возможность преобразовывать его в постоянный

[править] Тесла и переменный ток

В 1889 году Никола Тесла начал исследования токов высокой частоты и напряжения. Тесла начал разрабатывать новый тип генератора и двигателя с другим видом тока. Кстати, он же придумал использовать землю как проводник. Этими его открытиями мы пользуемся до сих пор. Известный промышленник, Джорж Вестингауз, хорошенько изучив патент Эдисона, пришел к выводу, что разработанные Теслой, который был менее известным, генераторы переменного тока более рентабельны. Поэтому, он предложил Тесле 1 млн долларов за все полученные им патенты, а также обещал платить по 1 доллару за каждую одну лошадиную силу сделанных на основе патентов генераторов. В те времена единица измерения мощности. С тех времен переменный ток и начал внедряться человечеством.

[править] Появление электричества в России

Первый трамвай в Москве В начале XX века на территории России крестьяне переезжают в город для получения работы на заводах и фабриках. Вследствие этого на территории крупных городов строятся микрорайоны для обеспечения рабочих жильем. Эти микрорайоны находились на большом расстоянии и для того чтобы добраться до работы нужен был транспорт. Это способствовало появления трамваев и проводкой электричества в дома.

[править] Война переменного и постоянного тока

Противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы (а также Джорджа Вестингауза) в борьбе за использование постоянного и переменного тока соответственно. «Война» продолжалась свыше ста лет и закончилась в конце ноября 2007 года с окончательным переходом Нью-Йорка с постоянного тока на переменный. Война токов берет своё начало с 80-х годов XIX век, когда электричество начинает активно применяться при котором возникает проблема распределения и подачи электроэнергии на дальние расстояния. Постоянны ток не мог похвастаться передачей электроэнергии на дальние, а если и эта электроэнергия могла быть передана, то электрическое напряжение было очень маленьким следовательно не выгодным для использования. Переменный ток может менять своё напряжение с помощью трансформаторов — это способствует передавать электроэнергию на большие расстояния по магистральным линиям. При кратковременном воздействии постоянного тока на человека вызывает сбой в работе сердечной мышцы, а действие переменного тока на человека даже используется в медицине, действие переменного тока способствует очищения кожи человека от сыпи и бактерий. Переменный ток имел проблемы в распространении для больших масс в том, что не было соответствующих моторов и счетчиков. Вскоре к 1882 году Тесла справился с этой проблемой и изобрел многофазный электромотор, который получил патент в 1888 году и в этом же году появляется первый счётчик переменного тока. Противостояние Когда Томас Эдисон начинает понимать, что общество постепенно переходит на переменный ток и, следовательно, отказывается от постоянного, он начинает проводить политику черного пиара против переменного тока. Это выражалось в том, что Эдисон публично убивал животных действием на ни переменным током. Он открыто высказывался, то переменный ток является более опасным чем постоянный. Черный пиар Эддисона ни к чему не приводил. Люди, работавшие с переменным током, получали огромные заказы на освещение разных объектов(одним из таких объектов стала Чикагская ярмарка в 1893 году). Война завершается победой переменной тока в середине 90-х годов XX столетия. Эта победа обуславливается сворачивание сетей постоянного тока. Хотя и по сей день в разных районах Америки до сих пор используется постоянный ток для поддержания работы устройств работающих изначально на постоянном токе, например, раритетные лифты.

cyclowiki.org

Постоянный ток: электричество, особенности, современность

Постоянный ток – это упорядоченное однонаправленное движение зарядов в проводнике. Скорость способна изменяться. От этого ток постоянным быть не перестаёт. В технике сюда принято относить и униполярную последовательность импульсов. К примеру, считается, что ток после выпрямительного моста постоянный. В действительности — это униполярная последовательность импульсов.

Происхождение электричества

История электричества рассматривалась в тематике Переменного тока, но остались подробности. Дочери Фалеса Милетского мир обязан знанию об электричестве. Слово происходит от древнегреческого названия янтаря, а первым всерьёз занялся исследованиями Уильям Гилберт. К тому времени уже известны работы Перегрина о магнетизме – единственный короткий манускрипт, а о Фалесе Милетском физик знал по трактатам Аристотеля.

Выход книги De magnete, magneticisque corparibus etc пришёлся на 1600 год. Чтобы лучше понять обстановку, вспомним, что после 9 лет следствия в указанный период сожгли Джордано Бруно. Без пролития крови, как требовали правила инквизиции. Бывший священник по доносу собственного друга отправился на костёр. Через 5 лет при короле Якове I произошёл Пороховой заговор. Суд обвинил группу католиков в попытке взорвать парламент и даже поймал – Гая Фокса.

Электричество

Той печальной осенью дворяне вразрез со сложившимися традициями подверглись пыткам на дыбе. Гай не сдавался, но когда начали подписывать показания соратники, он поступил аналогично. Почерк сильно отличался от обычного – невозможно писать с изувеченными руками. На казни Гаю помогли на виселицу взобраться палачи, но он сумел ловко прыгнуть и сломать шею, избежав дальнейших мучительных процедур.

В этой кутерьме Уильям Гилберт, пару лет не доживший до Порохового заговора, и ушедший из жизни с водворением на престол Якова I выпускает трактат, связанный с неописуемо загадочными явлениями — электричество и магнетизм. Описывает, что потёртый янтарь отклоняет в сторону стрелку компаса, конструирует прибор, именуемый версором, для наблюдения и опытов. Учёного легко могли обвинить в колдовстве – инквизиция и аналогичного рода структуры жгли ведьм. Сие затронуло преимущественно материковую часть Европы, но и в Англии было жарко. Закон о прекращении уголовного преследования за колдовство вышел в Великобритании лишь в 1735 году.

Прежде постоянное электричество вполне могло стать причиной если не казни, то неприятных процедур. Итак, Гилберт, набравшись смелости говорит, что электричество считается слабой силой, легко разрушаемой. Стоит лишь поместить между телами диэлектрик, как эффект притяжения нарушается. Одновременно магнетизм признается сильной чертой и не зависит от попадания влаги, влияния предметов и прочего. Избранные тела способны электризоваться, а другие нет. Магнетизм затрагивает лишь избранные материалы, а «слабое» явление влияет на все сущее (со слов Гилберта). Подмечены и иные характерные черты. К примеру, магниту свойственно постоянство, а для электризации тело следует натереть до «блеска, нагрева или истечения».

Изучение электричества

Книга полна технических ошибок из-за несовершенства методик исследования. Но это дало учёным исход, и через двести лет уже придумали Вольтов столб. Это источник постоянного напряжения, чуть напоминающий современный аккумулятор. Неплохо, если учесть, что после Фалеса Милетского прошло 20 веков (2000 лет), пока человек решился изложить научно простое явление электризации янтаря. Эстафету перенял Никола Кабео, в Философии магнетизма (1629 год) попытавшийся, избегая душ у материальных тел, объяснить загадочные явления. По соображениям учёного вещь, наделённая необычными качествами, раздвигала и сжимала воздух, отчего происходили наблюдаемые феномены. Натолкнуло на мысль отсутствие разницы меж обычными и заряженными телами в тысячекратных опытах над постоянными объектами.

Отцом постоянного тока называют Отто фон Герике, внимавшего с прилежностью трудам Гилберта. Учёный захотел создать машину, автоматизировавшую процесс трения, и пришёл постепенно к конструкции первого статического генератора. Для этих целей Герике рекомендует использовать шар из серы величиной с детскую голову. Накопленный электрический потенциал оказался потрясающим, учёный немедленно делает ряд открытий:

Заряды способны притягиваться и отталкиваться.
Электричество течёт по проводникам.

Течение тока по поводам

Реакция научного мира отсутствовала. Никто не заметил выдающихся открытий на фоне работ Герике по теме разреженных газов. Систематизировал сведения по электричеству Шарль Дюфе в декабре 1733 года, через много лет после смерти выдающегося учёного. Экспериментатор установил, что заряды бывают двух знаков, первый немедленно окрестили стеклянным, второй – смоляным. Через пару лет европейские государства начинают расставаться с практикой преследования граждан за колдовство, открытия следуют друг за другом.

Становление понятия постоянный ток

По мере роста желающих заняться электричеством, появляется больше людей, жаждущих славы. К примеру, зарегистрированы сообщения:

Из куриных яиц, подвергшихся действию электризации, цыплята вылупляются быстрее.
Аналогичные опыты, проделанные с семенами, дали ускоренное развитие сельскохозяйственных культур.
Электричество оживляет мёртвых животных.

Предположим, что часть описанных фактов не совсем соответствует действительности. В 1940 году группа советских физиологов показала, что под действием искусственного кровоснабжения оживают сердце и легкие, голова и целое животное (собака). Остаётся гадать, почему технология не получила дальнейшего развития.

Ток постоянный

Вернёмся к электричеству: в 1745 году изобретена лейденская банка – первый в мире конденсатор, способный копить заряд. Обкладками служили листы олова, диэлектриком – стекло. Нельзя пройти мимо Джона Кантона, значительно усовершенствовавшего версор Гилберта. Новый прибор назвали электроскопом, он показывал взаимодействие зарядов и приблизительную их количественную оценку. Устройство состояло из маленького древесного шарика, на шёлковой нити подвешенного к крючку. При поднесении заряженного тела проявлялся эффект электростатической поляризации, объект притягивал груз.

В дальнейшем деревянную бусину заменили на материал, способный принимать заряд, стремясь определить знак. Джон Кантон и поныне считается первооткрывателем электростатической индукции, объяснённое Эпинусом на основе теории дальнодействия, а эстафету перенимает Шарль Кулон. В 1784 году вооружённый знаниями предыдущих поколений при помощи крутильных весов физик даёт определение собственному знаменитому закону. Впервые постоянный ток химической природы предполагалось получить в 1791 году Гальвани, но открытия не произошло по сложившимся обстоятельствам. Учёный занимался физиологией:

Препарированная мёртвая лягушка начинала дёргаться под прикосновением металлических крючков. Это обычное оборудование для вивисекторов, просто чудо, что эффект оказался замечен.
Повторяя опыты на диэлектриках, Гальвани установил, что эффект не наблюдается никогда.

Из сделанной работы учёный вынес неправильный вывод о наличии животного электричества. Здесь за работу взялся великий Алессандро Вольта. Неизвестно, сколько лягушек замучил муж науки, но вывод потрясающий: электричество, а точнее, постоянный ток появляется при взаимодействии металлов с разными характеристиками через электролит – жидкости умершей твари. Весной 1800 года появился первый в мире источник, называемый Вольтовым столбом. Это электрохимический прибор, где цинковая и медная пластина погружены в электролит.

Открытие первоначально лежало в области физиологии, проводящей жидкостью стала солёная вода. Её и сегодня в экстренных ситуациях рекомендуют использовать вместо крови. Потом уже Волластон заменил солёную воду кислотой. Эти открытия, подобно ядерному реактору, зарядили энергией исследователей. Открытия стали расти как грибы после тёплого осеннего дождя: электролиз, лампы накала, электрический двигатель, закон Ома для полной цепи, впервые открытый для постоянного тока.

Постоянный ток в современном мире

Итак, чтобы прийти от простых опытов по электризации тел к постоянному току, человечеству потребовалось 200 лет. Ещё через 200, 20 ноября на свет вышел первый процессор Пентиум IV. Неплохой рывок. Процессор тоже питается постоянным током, как системный блок в целом. Потребление электронного мозга составляет до 70 Вт. При питании от источника напряжением 3 В ток – более 20 А. Сегодня известно, что контактов у процессора масса, и результирующий ток действительно велик, но делится на множество ветвей. Недаром к подобным агрегатам выпускают кулеры на 50 и более Вт (мощность средней лампочки накала).

Итак, постоянный ток господствует в электронике. В зависимости от применяемого семейства микросхем полярность выделяется положительной и отрицательной. Вот почему номиналов в блоке питания множество. От постоянного тока питаются шаговые двигатели в жёстком диске или приводе для чтения оптических носителей, обеспечивая лучший КПД.

Постоянный ток широко применяется в аккумуляторах, способен храниться в отличие от переменного. Запасается, скорее, напряжение, но в рассматриваемом контексте сочтём термины словами синонимами: заряд и разряд идут постоянным током. До эпохи Николы Тесла переменный ток не использовали, двигатели и прочее оборудование нуждались в генераторах постоянного.

Постоянный ток часто используется в датчиках, иногда в виде импульсов. Это сложно понять, когда напряжение меняется. Но направление неизменно – значит, все правильно. Так работают датчики Холла. Термопару в этой роли считают, скорее, прибором, работающим по напряжению, отдаваемый этим источником постоянный ток весьма мал.

vashtehnik.ru

Постоянный ток Википедия

Постоя́нный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока. Однонаправленный ток (англ. direct current) - это электрический ток, не изменяющий своего направления[1]. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом (ГОСТ 2.721-74), или —

На рисунке к этой статье красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t{\displaystyle t}, а по вертикальной — масштаб тока I{\displaystyle I} или электрического напряжения U{\displaystyle U}. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).

Величина постоянного тока I{\displaystyle I} и электрического напряжения U{\displaystyle U} для любого момента времени сохраняется неизменной.

При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов).

Постоянный ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

В каждой точке проводника, по которому протекает постоянный ток, одни элементарные электрические заряды непрерывно сменяются другими, совершенно одинаковыми по сумме электрическими зарядами. Несмотря на непрерывное перемещение электрических зарядов вдоль проводника, общее пространственное их расположение внутри проводника как бы остаётся неизменным во времени, или стационарным.

Переносчиками электрических зарядов являются:

ru-wiki.ru

Постоянный ток — Википедия

Постоя́нный ток, (англ. direct current) — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

На рисунке справа красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени $t$ , а по вертикальной — масштаб тока $I$ или электрического напряжения $U$ . Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).

Величина постоянного тока $I$ и электрического напряжения $U$ для любого момента времени сохраняется неизменной.

Постоянный ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц.

В каждой точке проводника, по которому протекает постоянный ток, одни элементарные электрические заряды непрерывно сменяются другими, совершенно одинаковыми электрическими зарядами. Несмотря на непрерывное перемещение электрических зарядов вдоль проводника, общее пространственное их расположение внутри проводника как бы остаётся неизменным во времени, или стационарным.

Переносчиками электрических зарядов являются:

Постоянное движение электрических зарядов создаётся и поддерживается электрическим полем.

Электрическое поле, с помощью которого создаётся и поддерживается постоянный ток в проводнике и в соответствии с этим стационарное распределение в нём электрических зарядов, называется стационарным (неизменным во времени) электрическим полем.

Электрические заряды в стационарном электрическом поле нигде не накапливаются и нигде не исчезают, так как при всяком пространственном перераспределении зарядов неизбежно должно было бы измениться стационарное электрическое поле и соответственно ток перестал бы быть постоянным по времени.

Для стационарности поля и тока требуется, чтобы электрические заряды нигде не накапливались и нигде не терялись, а перемещались непрерывным и равномерным потоком вдоль проводников. Для этого необходимо, чтобы проводники совместно образовывали замкнутый на себя контур. В этом случае будет достигнуто непрерывное круговое равномерное движение электрических зарядов вдоль всего контура.

Постоянный электрический ток может существовать только в замкнутом на себя контуре, состоящем из совокупности проводников электричества, в котором действует стационарное электрическое поле.

Источники постоянного тока[править]

Самыми первыми источниками постоянного тока являлись химические источники тока: гальванические элементы, затем человечество изобрело аккумуляторы. Полярность химических источников тока самопроизвольно измениться не может.

Для получения постоянного тока в промышленных масштабах используют электрические машины — генераторы постоянного тока, а также солнечные батареи.

В электронной аппаратуре, питающейся от сети переменного тока, для получения постоянного тока используют блоки питания. Как правило, переменный ток понижается трансформатором до нужного значения, затем выпрямляется. Далее для уменьшения пульсаций используется сглаживающий фильтр и, при необходимости, стабилизатор тока или стабилизатор напряжения или регулятор напряжения. В современной радиоэлектронной аппаратуре получили распространение импульсные блоки питания.

Электрическую энергию могут накапливать электрические конденсаторы. При разряде конденсатора во внешней цепи протекает постоянный ток. Однако, если конденсатор разряжается через катушку индуктивности, то в цепи появляется переменный ток, это устройство называется колебательный контур. Электролитические конденсаторы могут иметь очень большую электрическую ёмкость (сотни и тысячи микрофарад и более).

Ионисторы — гибрид конденсатора и химического источника тока, способны накапливать и отдавать довольно большое количество электрической энергии, например, чтобы электромобиль с ионисторами проехал некоторое расстояние.

Направление постоянного тока и обозначения на электроприборах и схемах[править]

Одно из условных обозначений постоянного тока на электроприборах

Условно принято считать (общепринято), что электрический ток в электрическом поле имеет направление от точек с бо́льшими потенциалами к точкам с меньшими потенциалами. Это значит, что направление постоянного электрического тока всегда совпадает с направлением движения положительных электрических зарядов, например положительных ионов в электролитах и газах. Там же, где электрический ток создаётся только движением потока отрицательно заряженных частиц, например, потока свободных электронов в металлах, за направление электрического тока принимают направление, противоположное движению электронов.

Точки с бо́льшими потенциалами (например, на зажимах батареек и аккумуляторов) носят название «положи́тельный по́люс» и обозначаются знаком $+$ («плюс»), а точки с меньшими потенциалами называются «отрица́тельный по́люс» и обозначаются знаком $-$ («минус»).

Исторически сложилось, что электрическая изоляция положительного провода окрашена в красный цвет, а отрицательного провода — в синий или чёрный.

Условное обозначение на электроприборах: $\mathbf-$ или $\mathbf=$ или латинскими буквами $DC$ .

В ряде случаев можно встретить другие символы, например на малогабаритных штекерах, предназначенных для подключения к электронному устройству сетевого блока питания (или на корпусе самого электронного устройства, возле разъёма для подключения штекера) $\odot$ с указанием полярности.

Электроды каких-либо устройств или радиодеталей (диодов, тиристоров, вакуумных электронных приборов), подключаемые к положительному проводу, носят название «анод», а электроды, подключаемые к отрицательному проводу, называются «катод»[1].

Параметры постоянного тока[править]

Величина постоянного тока (сила тока)[править]

Мерой интенсивности движения электрических зарядов в проводниках является величина тока или просто ток $(I,~i)$ .

Величина тока — это количество электрических зарядов (электричества), протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Общепринято, что вместо терминов «ток» и «величина тока» часто применяется термин «сила тока».

Термин «сила тока» является некорректным, так как сила тока не есть какая-то сила в буквальном смысле этого слова, а только интенсивность движения электрических зарядов в проводнике, количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника. В проводах нет никаких сил. Мы с вами не будем нарушать эту традицию.

Если при равномерном движении электрических зарядов по проводнику за время $t$ протекло количество электричества $Q$ , то ток в проводнике можно выразить формулой $I = \frac{Q}{t}$ .

В проводнике ток равен одному амперу $A$ , если через площадь поперечного сечения его за одну секунду протекает один кулон электричества.

Ампер — единица измерения силы тока, названа в честь Андре-Мари Ампера.

Кулон — единица измерения электрического заряда (количества электричества), названа в честь Шарля Кулона. В тех случаях, когда приходится иметь дело с большими токами, количество электричества измеряется более крупной единицей, называемой ампер-часом, 1 ампер-час равен 3 600 кулонам.

Сила тока измеряется амперметром, он включается в цепь так, чтобы через него проходил весь измеряемый ток, то есть последовательно.

Плотность тока[править]

В электротехнике часто бывает важно знать не только силу тока в проводнике, но и плотность тока, так как плотность тока является мерой допустимой нагрузки проводов.

Плотностью тока называют ток $( j$ или $\delta)$ , приходящийся на единицу площади проводника: $j = \frac{I}{S}$ , где

$I$ — сила тока, в Амперах; $S$ — площадь поперечного сечения проводника, в квадратных метрах, $j$ — плотность тока, выражается в амперах на квадратный метр: $\left[ \frac{A}{m^2} \right]$ .

Так как провода с поперечным сечением, исчисляемым квадратными метрами, встречаются крайне редко, то плотность тока обычно выражается в амперах на квадратный миллиметр $\left[ \frac{A}{mm^2} \right]$ .

Электродвижущая сила и электрическое напряжение[править]

Разность потенциалов между точками, между которыми протекает постоянный ток, могут охарактеризовать электродвижущая сила и электрическое напряжение.

Электродвижущая сила[править]

Каждый первичный источник электрической энергии создаёт стороннее электрическое поле. В электрических машинах (генераторах постоянного тока) стороннее электрическое поле создаётся в металлических проводниках якоря, вращающегося в магнитном поле, а в гальванических элементах и аккумуляторах — в месте соприкосновения электродов с электролитом (растворами солей или кислот) при их химическом взаимодействии.

Стороннее электрическое поле, имеющееся в источнике электрической энергии постоянного тока, непрерывно взаимодействует на электрические заряды проводников, образующих вместе с ним замкнутую цепь, и создаёт в ней постоянный электрический ток.

Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, силы стороннего электрического поля преодолевают сопротивление противодействующих сил, например вещественных частиц проводников. Это приводит к тому, что силы стороннего электрического поля совершают работу за счёт энергии этого поля. По мере расхода энергии стороннее электрическое поле пополняет её за счёт механической или химической энергии.

В результате работы сил стороннего электрического поля энергия этого поля переходит в электрической цепи в какие-либо иные виды энергии, например в тепловую энергию в металлических проводниках, тепловую и химическую в электролитах, тепловую и световую энергию в электрических лампах и так далее.

Выражение «работа сил стороннего электрического поля» источника электрической энергии ради краткости обычно заменяют выражением «работа источника электрической энергии».

Если известна работа, совершаемая источником электрической энергии при перемещении единичного электрического заряда по всей замкнутой электрической цепи, то легко определить работу, совершаемую им при переносе некого электрического заряда $Q$ по этой цепи, так как величина работы пропорциональна величине заряда.

Величина, численно равная работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой $E$ .

Следовательно, если источник электрической энергии при переносе заряда $Q$ по всей замкнутой цепи совершил работу $A$ , то его электродвижущая сила $E$ равна $E = \frac{A}{Q}$ .

В Международной системе единиц (СИ) за единицу измерения электродвижущей силы принимается один вольт $(~v,~V~)$ . Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта.

Электродвижущая сила источника электрической энергии равна одному вольту, если при перемещении одного кулона электричества по всей замкнутой цепи им была совершена работа, равная одному джоулю : $1~volt = \frac {1~coulomb}{1~joule}$ .

Например, если электродвижущая сила какого-либо источника электрической энергии $E = 220~volt$ , то это надо понимать так, что источник электрической энергии, перемещая один кулон электричества по всей замкнутой цепи, совершит работу $A = 220~joule$ , так как $E = \frac{A}{Q} = \frac{220~joule}{1~coulomb}$ .

Из формулы $E = \frac{A}{Q}$ следует, что $A = EQ$ , то есть работа источника электрической энергии при переносе его электрического заряда по всей замкнутой цепи равна произведению величины электродвижущей силы $E$ его на величину переносимого электрического заряда $Q$ .

Электрическое напряжение[править]

Если источник электрической энергии переносит электрический заряд $Q$ по всей замкнутой цепи, то он совершает некоторую работу $A$ . Часть этой работы $A_0$ он совершает при переносе заряда $Q$ по внутреннему участку цепи (участок внутри самого источника электрической энергии), а другую часть $A_1$ — при переносе заряда $Q$ по внешнему участку цепи (вне источника).

Следовательно, $A=A_0+A_1$ , то есть работа $A$ , совершаемая источником электрической энергии при переносе электрического заряда $Q$ по всей замкнутой цепи, равна сумме работ, совершаемых им при переносе этого заряда по внутреннему и внешнему участкам этой цепи.

Если разделить левую и правую часть равенства $A=A_0+A_1$ на величину единичного заряда $Q$ , получим работу, отнесённую к единичному заряду: $\frac{A}{Q} = \frac{A_0}{Q} + \frac{A_1}{Q}$ .

Работа источника электрической энергии, совершаемая им при переносе единичного заряда по всей замкнутой цепи, численно равна его электродвижущей силе, то есть $E = \frac{A}{Q}$ , где $E$ — электродвижущая сила источника электрической энергии.

Величина $\frac{A_0}{Q}$ , численно равная работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе единичного заряда по внутреннему участку цепи, называется падением напряжения (напряжением) на внутреннем участке цепи, то есть $U_0 = \frac{A_0}{Q}$ , где $U_0$ — падение напряжения на внутреннем участке цепи.

Величина $\frac{A_1}{Q}$ , численно равная работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе единичного заряда $Q$ по внешнему участку цепи, называется падением напряжения (напряжением) на внешнем участке цепи, то есть $U_1 = \frac{A_1}{Q}$ , где $U_1$ — падение напряжения на внешнем участке цепи.

Следовательно, равенству $\frac{A}{Q} = \frac{A_0}{Q} + \frac{A_1}{Q}$ можно придать такой вид: $E = U_0 + U_1$ , то есть

Электродвижущая сила источника электрической энергии, создающего ток в электрической цепи, равняется сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участке цепи.

Из равенства $E = U_0 + U_1$ следует, что $U_1 = E - U_0$ , то есть падение напряжения на внешнем участке цепи меньше электродвижущей силы источника электрической энергии на величину падения напряжения на внутреннем участке цепи.

Следовательно, чем больше падение напряжения внутри источника электрической энергии, тем меньше при всех прочих равных условиях падение напряжения на зажимах источника электрической энергии.

Так как падение напряжения имеет одинаковую размерность с электродвижущей силой, то есть выражается в джоулях на кулон, или, иначе, в вольтах, то за единицу измерения падения напряжения (электрического напряжения) принят один вольт.

Электрическое напряжение на зажимах источника электрической энергии (падение напряжения на внешнем участке цепи) равно одному вольту, если источник электрической энергии совершает работу, равную одному джоулю, при переносе электрического заряда в один кулон по внешнему участку цепи.

Напряжение на участках цепи измеряется вольтметром, он всегда присоединяется к тем точкам цепи, между которыми он должен измерить падение напряжения, то есть параллельно.

Применение постоянного тока[править]

Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток.
Постоянный ток применяется в электролизе: на установках промышленного электролиза из растворов или расплавов солей получают алюминий, магний, натрий, калий, никель, медь, хлор и другие вещества.
Постоянный ток применяется в гальванизации и гальванопластике — на электропроводящей поверхности какого-нибудь предмета электрохимическим путём осаждается защитное или декоративное металлическое покрытие, например, бронзовый корпус наручных часов покрывается тонким слоем золота.
Постоянный ток в ряде случаев используется при сварочных работах (электрическая дуговая или электрогазовая сварка), например, сварить деталь из нержавеющей стали специальным сварочным электродом можно только постоянным током.
В некоторых устройствах постоянный ток преобразуется в переменный ток преобразователями (инверторами), например, в компьютерных бесперебойных блоках питания при работе в автономном режиме.
На старых автомобилях (ГАЗ-51, ГАЗ-69, ГАЗ-М-20 «Победа» и многих других), другой мото- и сельскохозяйственной технике устанавливались автомобильные генераторы постоянного тока. Развитие полупроводниковой техники привело к тому, что с 1970-х годов их вытеснили трёхфазные генераторы переменного тока как более лёгкие, компактные и надёжные.
На некоторых типах судов используется электрическая передача (дизель-электроходы, ледоколы, подводные лодки).
Электрофорез — введение лекарственных веществ в организм с помощью постоянного тока или разделение смеси веществ в научных или промышленных целях, например электрофорез белков.

Постоянный ток на транспорте[править]

Широкое применение постоянного тока на транспорте обусловлено тем, что электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением имеют оптимальную для транспортных средств тяговую характеристику — большой крутящий момент при малом числе оборотов в минуту, и наоборот, относительно малый крутящий момент при номинальной скорости вращения якоря. Число оборотов легко регулируется последовательным включением реостата или изменением напряжения на зажимах двигателя. Направление вращения легко меняется (как правило, переключается полярность обмотки возбуждения). В силу этого электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением нашли широкое применение на электровозах, электропоездах, тепловозах, трамваях, троллейбусах, подъёмных кранах, подъёмниках и так далее.

Исторически сложилось, что линии трамвая, троллейбуса и метрополитена электрифицированы на постоянном токе, электрическое напряжение составляет 550—600 вольт (трамвай и троллейбус), метрополитен 750—900 вольт.

На тепловозах до 1970-х гг. основным типом тягового генератора был генератор постоянного тока (тепловозы ТЭ3, ТЭ10, ТЭП60, ТЭМ2 и др.), стояли коллекторные тяговые электродвигатели, однако развитие полупроводниковой техники привело к тому, что с 1970-х годов на тепловозах начали устанавливаться трёхфазные генераторы переменного тока с полупроводниковой выпрямительной установкой (электрическая передача переменно-постоянного тока, тепловозы ТЭ109, ТЭ114, ТЭ129, ТЭМ7, ТЭМ9 и др.), а с 1990-х гг применяются асинхронные тяговые двигатели (тепловозы с электропередачей переменно-переменного тока 2ТЭ25А, ТЭМ21).

В России и в республиках бывшего СССР около половины электрифицированных участков железных дорог электрифицированы на постоянном токе 3 000 вольт.

Электрификация на постоянном токе 3 кВ не является оптимальной по сравнению с электрификацией на переменном токе 25 кВ промышленной частоты (50 Гц), сравнительно мало́ напряжение в контактной сети и велика сила тока, однако технические возможности электрификации на переменном токе появились только во второй половине XX века. Например, два электровоза имеют равную мощность 5 000 киловатт. У электровоза постоянного тока (3 кВ) максимальный ток, проходящий через токоприёмник составит 1 667 ампер, у электровоза переменного тока (25 кВ) — 200 ампер. В 1990-е — 2000-е годы ряд участков переведён с постоянного на переменный ток: Слюдянка—Иркутск—Зима, Лоухи—Мурманск, Саратовский и Волгоградский железнодорожные узлы, Минеральные Воды—Кисловодск и Бештау—Железноводск.

В 1970-е гг. в СССР проводились эксперименты с электрификацией на напряжение 6 кВ, однако по ряду технических причин эта система не была принята.

Следует отметить, что также выпускаются двухсистемные электровозы, способные работать как на переменном, так и на постоянном токе (см. ВЛ61Д, ВЛ82 и ВЛ82М, ЭП10, ЭП20).

Линии электропередач постоянного тока[править]

В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередач передаётся трёхфазный ток, однако существуют линии электропередач постоянного тока, например высоковольтная линия постоянного тока Волгоград-Донбасс, высоковольтная линия постоянного тока Экибастуз-Центр, материковая Южная Корея — остров Чеджудо и другие. Использование постоянного тока позволяет увеличить передаваемую электрическую мощность, передавать электроэнергию между энергосистемами, использующими переменный ток разной частоты, например, 50 и 60 герц, а также не синхронизировать соседние энергосистемы, как это сделано на границе Ленинградской области с Финляндией (см. вставка постоянного тока Выборг — Финляндия).

В. Е. Китаев, Л. С. Шляпинтох. Электротехника с основами промышленной электроники. — 3-е, переработанное и дополненное. — Москва: Высшая школа, 1973. — 358 с. — 200 000 экз.

↑ Вышесказанное относится к наиболее распространённому режиму прямого включения, когда прибор открыт (или же может быть открыт при подаче соответствующего напряжения на управляющий электрод), т.е. имеет малое сопротивление и пропускает электрический ток. Однако существует ряд приборов, требующих обратного включения (стабилитроны, варикапы, защитные диоды, подавляющие выбросы обратного напряжения), при котором анод подключается к отрицательному, а катод к положительному полюсу источника напряжения.

wp.wiki-wiki.ru

постоянный ток - это... Что такое постоянный ток?

постоянный ток постоя́нный ток электрический ток, не изменяющийся во времени ни по силе, ни по направлению. Постоянный ток возникает под действием постоянного напряжения и может существовать лишь в замкнутой цепи; во всех сечениях неразветвлённой цепи сила постоянного тока одинакова. В реальных устройствах сила тока в соответствии с законом Ома изменяется при изменении нагрузки, поэтому в технике устройствами постоянного тока принято считать такие устройства, в которых ток не меняет своего направления, но может меняться по величине. Источниками постоянного тока большой мощности являются электромашинные генераторы; постоянный ток получают также выпрямлением переменного.

Источниками постоянного тока небольшой мощности служат гальванические элементы, термоэлементы, фотоэлементы, которые могут быть сгруппированы в батареи (в т. ч. солнечные батареи), и электромашины малой мощности. Вторичными, предварительно заряжаемыми источниками постоянного тока служат аккумуляторы. Постоянный ток используется в различных отраслях промышленности, напр. в электрометаллургии, в тяговых электродвигателях на транспорте, в электроприводах, когда необходимо плавно менять скорость в широких пределах, а также в различных устройствах связи, автоматики, сигнализации и телемеханики. Перспективно использование постоянного тока высокого напряжения при передаче электроэнергии практически без потерь по сверхпроводящим линиям.

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

последовательное соединение
почта

Смотреть что такое "постоянный ток" в других словарях:

постоянный ток — Электрический ток, не изменяющийся во времени. Примечание — Аналогично определяют постоянные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Параллельные тексты EN RU For definition, the electric… … Справочник технического переводчика
ПОСТОЯННЫЙ ТОК — электрический ток, не изменяющийся с течением времени ни по силе, ни по направлению. П. т. возникает под действием пост. напряжения и может существовать лишь в замкнутой цепи; во всех сечениях неразветвлёнпой цепи сила П. т. одинакова (или слабо… … Физическая энциклопедия
ПОСТОЯННЫЙ ТОК — см. Ток постоянный. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
ПОСТОЯННЫЙ ТОК — электрический ток, не изменяющийся во времени … Большой Энциклопедический словарь
ПОСТОЯННЫЙ ТОК — электр. ток, направление и величина к рого при постоянном сопротивлении и неизменных условиях работы источника тока остаются неизменными в отличие от переменного и пульсирующего токов, изменяющихся периодически. П. т. вырабатывается электр.… … Технический железнодорожный словарь
Постоянный ток — – электрический ток, не изменяющийся во времени. Примечание. Аналогично определяют постоянные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Рубрика термина: Энергетическое оборудование Рубрики… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Постоянный ток — Постоянный ток, DC (англ. direct current постоянный ток) электрический ток, параметры, свойства и направление которого не изменяются (в различных смыслах) со временем. Содержание 1 Значения термина 2 Применение … Википедия
постоянный ток — [direct current, d.c.] электрический ток, не измененяемый ни по силе, ни по направлению. Постоянный ток возникает под действием постоянного напряжения и может существовать лишь в замкнукнутой цепи; во всех сечениях неразветвленной цепи сила… … Энциклопедический словарь по металлургии
постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся во времени. * * * ПОСТОЯННЫЙ ТОК ПОСТОЯННЫЙ ТОК, электрический ток (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК), величина и направление которого не изменяются с течением времени. Постоянный электрический ток может возникнуть только… … Энциклопедический словарь
постоянный ток — nuolatinė srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. direct current vok. Gleichstrom, m rus. постоянный ток, m pranc. courant continu, m … Automatikos terminų žodynas

dic.academic.ru

Ответы@Mail.Ru: Кто открыл... переменный ток?

учебник по физике школьный открой. там написано

А что, весь вытек? Так это не я!

Кажется Никола Тесла. Он дружил с Томасом Эдиссоном но у них были разногласия. Эдиссон совершал свои открытия ради денег, Тесла ради развития науки. Тесла решил создать переменный ток (на то время использовался постоянный ток) Эдиссон назвал эту идею идиотизмом т. к переменный ток опасен (он продемонстрировал это на собаках) . Но Тесла не сдался и благодаря ему мы используем в быту и д. р именно перееменный ток.

<a href="/" rel="nofollow" title="414211:##:Neposnannoe/tesla4.htm">[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

М. Фарадей!!! В 1831 году он описал закон электромагнитной индукции!!! А тесла родился только в 1856

touch.otvet.mail.ru