01.04.2018


Що ж таке струм і напруга на пальцях

Що називають силою струму? Таке питання не раз і не два виникав у нас в процесі обговорення різних питань. Тому ми вирішили розібратися з ним більш детально, і постараємося зробити це максимально доступною мовою без величезної кількості формул і незрозумілих термінів.

Що таке електричний струм

Отже, що називається електричним струмом? Це спрямований потік заряджених частинок. Але що це за частки, з чого це раптом вони рухаються, і куди? Це все не дуже зрозуміло. Тому давайте розберемося в цьому питанні докладніше.


Носії електричного заряду в різних матеріалах

  • Почнемо з питання про заряджені частинки, які, по суті, є носіями електричного струму. У різних речовинах вони різні. Наприклад, що представляє собою електричний струм в металах? Це електрони. У газах – електрони і іони; в напівпровідниках – дірки; а в електролітах – це катіони і аніони.


будова атома

  • Ці частинки мають певний заряд. Він може бути позитивним або негативним. Визначення позитивного і негативного заряду дано умовно. Частинки, які мають однаковий заряд, відштовхуються, а різнойменний – притягуються.


Електричний струм

  • Виходячи з цього, виходить логічним, що рух буде відбуватися від позитивного полюса до негативного. І чим більша кількість заряджених частинок є на одному зарядженому полюсі, тим більше їх кількість буде переміщатися до полюса з іншим знаком.
  • Але все це глибока теорія, тому давайте візьмемо конкретний приклад. Припустимо, у нас є розетка, до якої не підключено жодного приладу. Чи є там ток?
  • Для відповіді на це питання нам необхідно знати, що таке напруга і струм. Щоб це було зрозуміліше, давайте розберемо це на прикладі труби з водою. Якщо говорити спрощено, то труба – це наш провід. Перетин цієї труби – це напруга електричної мережі, а швидкість потоку – це і є наш електричний струм.
  • Повертаємося до нашої розетки. Якщо проводити аналогію з трубою, то розетка без підключених до неї електроприладів, це труба, закрита вентилем. Тобто електричного струму там немає.


Електричний струм з’явиться тоді, коли з’явиться навантаження, а для цього потрібно вставити вилку в розетку

  • Але зате там є напруга. І якщо в трубі, для того щоб з’явився потік, необхідно відкрити вентиль, то щоб створити електричний струм в провіднику, треба підключити навантаження. Зробити це можна шляхом включення вилки в розетку.
  • Звичайно, це дуже спрощене уявлення питання, і деякі професіонали будуть мене ганьбити і вказувати на неточності. Але воно дає уявлення про те, що називають електричним струмом.

Постійний і змінний струм


Види електричного струму

Наступним питанням, в якому ми пропонуємо розібратися – це: що таке змінний струм і постійний струм. Адже багато хто не зовсім правильно розуміють ці поняття.

Постійний струм

Постійним називається струм, який протягом часу не змінює своєї величиною і напрямком. Досить часто до постійного ще відносять пульсуючий струм, але давайте про все по порядку.


Постійний струм

  • Постійний струм характеризується тим, що однакова кількість електричних зарядів постійно змінює один одного в одному напрямку. Напрямок – це від одного полюса, до іншого.
  • Виходить, що провідник завжди має або позитивний, або негативний заряд. І протягом часу це незмінно.

Зверніть увагу! При визначенні напрямку постійного струму, можуть бути незгодним. Якщо струм утворюється рухом позитивно заряджених частинок, то його напрямок відповідає руху частинок. Якщо ж струм утворений рухом негативно заряджених частинок, то його напрямок прийнято вважати протилежним руху частинок.


Види пульсуючого струму

  • Але під поняття, що таке постійний струм досить часто відносять і так званий пульсуючий струм. Від постійного він відрізняється тільки тим, що його значення протягом часу змінюється, але при цьому він не змінює свого знака.
  • Припустимо, ми маємо струм в 5А. Для постійного струму ця величина буде незмінною протягом усього періоду часу. Для пульсуючого струму, в один відрізок часу вона буде 5, в інший 4, а в третій 4,5. Але при цьому він ні в якому разі не знижується нижче нуля, і не змінює свого знака.


Варіант перетвореного з змінного, постійного пульсуючого струму

  • Такий пульсуючий струм дуже поширений при перетворенні змінного струму в постійний. Саме такий пульсуючий струм видає ваш інвертор або діодний міст в електроніці.
  • Одним з головних переваг постійного струму є те, що його можна накопичувати. Зробити це можна своїми руками, за допомогою акумуляторних батарей або конденсаторів.

Змінний струм

Щоб зрозуміти, що таке змінний струм, нам необхідно уявити собі синусоїду. Саме ця плоска крива найкраще характеризує зміну постійного струму, і є стандартом.


Синусоїда змінного струму

Як і синусоїда, змінний струм з постійною частотою змінює свою полярність. В один період часу він позитивний, а в інший період часу він негативний.


На фото основні параметри синусоїди

Тому, безпосередньо в провіднику пересування, носіїв заряду, як такого, немає. Щоб зрозуміти це, уявіть собі хвилю, що набігає на берег. Вона рухається в одну сторону, а потім – у зворотний. У підсумку, вода на кшталт рухається, але залишається на місці.


Частота змінного струму

Виходячи з цього, для змінного струму дуже важливим фактором стає його швидкість зміни полярності. Цей фактор називають частотою.

Чим вище ця частота, тим частіше за секунду змінюється полярність змінного струму. У нашій країні для цього значення є стандарт – він дорівнює 50 Гц.

Тобто, змінний струм змінює своє значення від крайнього позитивного, до крайнього негативного 50 раз в секунду.


Формула частоти змінного струму

Але існує не тільки змінний струм частотою в 50Гц. Багато що обладнання працює на змінному струмі відмінних частот.

Адже за рахунок зміни частоти змінного струму, можна змінювати швидкість обертання двигунів.

Можна також отримувати більш високі показники обробки даних – як наприклад в чіпсетах ваших комп’ютерів, і багато іншого.

Зверніть увагу! Наочно побачити, що таке змінний і постійний струм, можна на прикладі звичайної лампочки. Особливо добре це видно на неякісних діодних ламп, але придивившись, можна побачити і на звичайній лампі розжарювання. При роботі на постійному струмі вони горять рівним світлом, а при роботі на змінному струмі ледь помітно мерехтять.

Що таке потужність і щільність струму?

Ну ось, ми з’ясували, що таке струм постійний, а що таке змінний. Але у вас напевно залишилося ще маса питань. Їх-то ми і постараємося розглянути в цьому розділі нашої статті.

З цього відео Ви докладніше зможете дізнатися про те, що ж таке потужність.

  • І першим з цих питань буде: що таке напруга електричного струму? Напругою називається різниця потенціалів між двома точками.


Що є електричною напругою

  • Відразу виникає питання, а що таке потенціал? Зараз мене знову будуть ганьбити професіонали, але скажімо так: це надлишок заряджених частинок. Тобто, є одна точка, в якій надлишок заряджених частинок – і є друга точка, де цих заряджених частинок або більше, або менше. Ось ця різниця і називається напругою. Вимірюється вона в вольтах (В).


Напруга в розетці

  • Як приклад візьмемо звичайну розетку. Всі ви напевно знаєте, що її напруга становить 220В. У розетці у нас є два дроти, і напруга в 220В позначає, що потенціал одного проводу більше ніж потенціал другого проводу якраз на ці 220В.
  • Розуміння поняття напруги нам необхідно для того, щоб зрозуміти, що таке потужність електричного струму. Хоча з професійної точки зору, це висловлювання не зовсім вірне. Електричний струм не має потужність, але є її похідною.


Щільність електричного струму в провіднику

  • Щоб зрозуміти цей момент, давайте знову повернемося до нашої аналогії з водяною трубою. Як ви пам’ятаєте перетин цієї труби – це напруга, а швидкість потоку в трубі – це струм. Так ось: потужність – це та кількість води, яке протікає через цю трубу.
  • Логічно припустити, що при рівних перетинах, тобто напружених – чим сильніше потік, тобто електричний струм, тим більший потік води переміститися через трубу. Відповідно, тим більша потужність передасться споживачеві.
  • Але якщо в аналогії з водою ми через трубу певного перерізу можемо передати строго певну кількість води, так як вода не стискається, то з електричним струмом все не так. Через будь-який провідник ми теоретично можемо передати будь-який струм. Але практично, провідник невеликого перерізу при високій щільності струму просто перегорить.


Формула щільності струму

  • У зв’язку з цим, нам необхідно розібратися з тим, що таке щільність струму. Грубо кажучи – це та кількість електронів, яке переміщається через певний перетин провідника за одиницю часу.
  • Це число повинне бути оптимальним. Адже якщо ми візьмемо провідник великого перерізу, і будемо передавати через нього невеликий струм, то ціна такої електроустановки буде велика. У той же час, якщо ми візьмемо провідник невеликого перерізу, то через високу щільності струму він буде перегріватися і швидко перегорить.
  • У зв’язку з цим, в ПУЕ є відповідний розділ, який дозволяє вибрати провідники виходячи з економічної щільності струму.


Таблиця вибору провідників по економічній щільності струму

  • Але повернемося до поняття, що таке потужність струму? Як ми зрозуміли з нашої аналогії, при однаковому перетині труби передана потужність залежить тільки від сили струму. Але якщо перетин нашої труби збільшити, тобто збільшити напругу, в цьому випадку, при однакових значеннях швидкості потоку, будуть передаватися абсолютно різні обсяги води. Те ж саме і в електриці.


Передача потужностей через лини різних напруг і видів електричного струму

  • Чим вище напруга, тим менший струм необхідний для передачі однакової потужності. Саме тому, для передачі на великі відстані великих потужностей використовують високовольтні лінії електропередач.

Адже лінія перетином проведення в 120 мм2 на напругу в 330кВ, здатна передати в рази більшу потужність в порівнянні з лінією такого ж перетину, але напругою в 35 кВ. Хоча те, що називається силою струму, в них буде однаковою.

Способи передачі електричного струму

Що таке струм і напруга ми розібралися. Прийшла пора розібратися зі способами розподілу електричного струму. Це дозволить в подальшому більш впевнено почувати себе в спілкуванні з електроприладами.

Постійний струм

Як ми вже говорили, струм може бути змінним і постійним. У промисловості, і у вас в розетках використовується змінний струм. Він більш поширений, так як його легше передавати по проводах. Справа в тому, що змінювати напругу постійного струму досить складно і дорого, а змінювати напругу змінного струму можна за допомогою звичайних трансформаторів.

Зверніть увагу! Жоден трансформатор змінного струму не буде працювати на постійному струмі. Так як властивості, які він використовує, притаманні тільки змінному струмі.


Акумуляторна батарея

  • Але це зовсім не означає, що постійний струм ніде не використовується. Він володіє іншою корисною властивістю, яке не властиво змінному. Його можна накопичувати і зберігати.
  • У зв’язку з цим, постійний струм використовують у всіх портативних електроприладах, в залізничному транспорті, а також на деяких промислових об’єктах де необхідно зберегти працездатність навіть після повного припинення електропостачання.


Промислова акумуляторна батарея

  • Найпоширенішим способом зберігання електричної енергії, є акумуляторні батареї. Вони володіють спеціальними хімічними властивостями, що дозволяють накопичувати, а потім при необхідності віддавати постійний струм.
  • Кожен акумулятор має строго обмеженим обсягом накопичуваної енергії. Її називають ємністю батареї, і почасти вона визначається пусковим струмом акумулятора.
  • Що таке пусковий струм акумулятора? Це та кількість енергії, яке акумулятор здатний віддати в самий початковий момент підключення навантаження. Справа в тому, що в залежності від фізико-хімічних властивостей, акумулятори відрізняються за способом віддачі накопиченої енергії.


Графіки розряду акумуляторної батареї

  • Одні можуть віддати відразу і багато. Через це вони, ясна річ, швидко розрядяться. А другі віддають довго, але по чуть-чуть. Крім того, важливим аспектом акумулятора є можливість підтримки напруги.
  • Справа в тому, що як каже інструкція, у одних акумуляторів в міру віддачі ємності, плавно знижується і їх напруга. А інші акумулятори здатні віддати практично всю ємність з однаковою напругою. Виходячи з цих основних властивостей, і вибирають ці сховища для електроенергії.
  • Для передачі постійного струму, у всіх випадках використовується два дроти. Це позитивна і негативна жила. Червоного і синього кольору.

Змінний струм

А ось зі змінним струмом все набагато складніше. Він може передаватися по одному, двох, трьох або чотирьох проводах. Щоб пояснити це, нам необхідно розібратися з питанням: що таке трифазний струм?

  • Змінний струм у нас виробляється генератором. Зазвичай майже всі з них мають трифазну структуру. Це означає, що генератор має три висновки і в кожен з цих висновків видається електричний струм, що відрізняється від попередніх на кут в 120 ?.


Синусоїди трифазної мережі змінного струму

  • Щоб це зрозуміти, давайте згадаємо нашу синусоїду, яка є зразком для опису змінного струму, і відповідно до законів якої він змінюється. Візьмемо три фази – «А», «В» і «С», і візьмемо певну точку в часі. У цій точці синусоїда фази «А» знаходиться в нульовій точці, синусоїда фази «В» знаходиться в крайній позитивної точки, а синусоїда фази «С» – в крайній негативною точці.
  • Кожну наступну одиницю часу змінний струм в цих фазах буде змінюватися, але синхронно. Тобто, через певний час, в фазі «А» буде негативний максимум. У фазі «В» буде нуль, а в фазі «С» – позитивний максимум. А ще через деякий час, вони знову зміняться.


Фазні і лінійні напруги трифазної мережі

  • У підсумку виходить, що кожна з цих фаз має власний потенціал, відмінний від потенціалу сусідній фази. Тому між ними обов’язково має бути щось, що не проводить електричний струм.
  • Така різниця потенціалів між двома фазами називається лінійною напругою. Крім того, вони мають різницю потенціалів щодо землі – це напруга називається фазним.
  • І ось, якщо лінійна напруга між цими фазами складає 380, то фазну напругу одно 220В. Воно відрізняється на значення в v3. Це правило діє завжди і для будь-яких напружень.


Величини фазних і лінійних напруг

  • Виходячи з цього, якщо нам необхідно напруга в 220В, то можна взяти один фазний провід, і провід, жорстко підключений до землі. І у нас вийде однофазна мережа 220В. Якщо нам необхідна мережа 380В, то ми можемо взяти тільки 2 будь-які фази, і підключити якийсь нагрівальний прилад як на відео.


Кольорове позначення провідників трифазної мережі в різних країнах світу

Але в більшості випадків, використовуються всі три фази. Всі потужні споживачі підключаються саме до трифазної мережі.

висновок

Що таке індукційний струм, ємнісний струм, пусковий струм, струм холостого ходу, струми зворотної послідовності, блукаючі струми і багато іншого, ми просто не можемо розглянути в рамках однієї статті.

Адже питання електричного струму досить об’ємний, і для його розгляду створена ціла наука електротехніка. Але ми дуже сподіваємося, що змогли пояснити доступною мовою основні аспекти даного питання, і тепер електричний струм не буде для вас чимось страшним і незрозумілим.

Що таке струм: основні поняття Ссылка на основную публикацию

Від Борис Каролович

Ололо