Nel mondo moderno, ogni persona è stata esposta all'elettricità fin dall'infanzia. La prima menzione di questo fenomeno naturale risale al tempo dei filosofi Aristotele e Talete, che furono incuriositi dalle proprietà sorprendenti e misteriose della corrente elettrica. Ma fu solo nel XVII secolo che grandi menti scientifiche iniziarono una serie di scoperte sull'energia elettrica che continuano ancora oggi.
La scoperta della corrente elettrica e la creazione da parte di Michael Faraday nel 1831 del primo generatore al mondo cambiarono radicalmente la vita umana. Siamo abituati al fatto che la nostra vita sia facilitata da dispositivi che utilizzano l'energia elettrica, ma fino ad ora la maggior parte delle persone non ha una comprensione di questo importante fenomeno. Per cominciare, per comprendere i principi di base dell'elettricità, è necessario studiare due definizioni di base: corrente elettrica e tensione.
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Cos'è la corrente elettrica e la tensione
Elettricità è il moto ordinato delle particelle cariche (portatori di carica elettrica). I portatori di corrente elettrica sono gli elettroni (nei metalli e nei gas), cationi e anioni (negli elettroliti), buchi alla conducibilità elettrone-lacuna. Questo fenomeno si manifesta con la creazione di un campo magnetico, un cambiamento nella composizione chimica o il riscaldamento dei conduttori. Le principali caratteristiche della corrente sono:
- forza attuale, determinata dalla legge di Ohm e misurata in Ampere (MA), nelle formule è indicato con la lettera I;
- potenza, secondo la legge di Joule-Lenz, misurata in watt (mar), indicato dalla lettera P;
- frequenza, misurata in hertz (Hz).
La corrente elettrica, come vettore energetico, viene utilizzata per ottenere energia meccanica mediante motori elettrici, per ottenere energia termica in apparecchi di riscaldamento, saldature elettriche e riscaldatori, per eccitare onde elettromagnetiche di varie frequenze, per creare un campo magnetico negli elettromagneti e per ottenere luce energia in corpi illuminanti e vari tipi di lampade. .
Voltaggio è il lavoro svolto dal campo elettrico per spostare una carica di 1 pendente (cl) da un punto all'altro del conduttore. Sulla base di questa definizione, è ancora difficile capire cosa sia lo stress.
Affinché le particelle cariche si muovano da un polo all'altro, è necessario creare una differenza di potenziale tra questi poli (Questo è ciò che si chiama tensione.). L'unità di misura della tensione è il volt (A).
Per comprendere finalmente la definizione di corrente elettrica e tensione, si può fare un'interessante analogia: immagina che la carica elettrica sia l'acqua, quindi la pressione dell'acqua nella colonna è la tensione, e la velocità del flusso dell'acqua nel tubo è la forza della corrente elettrica. Maggiore è la tensione, maggiore è la corrente elettrica.
Cos'è la corrente alternata
Se si cambia la polarità dei potenziali, cambia la direzione del flusso di corrente elettrica. È questa corrente che si chiama variabile. Il numero di cambi di direzione in un certo periodo di tempo è chiamato frequenza e si misura, come detto sopra, in hertz (Hz). Ad esempio, in una rete elettrica standard nel nostro paese, la frequenza è di 50 Hz, ovvero la direzione del movimento della corrente cambia 50 volte al secondo.
Cos'è la corrente continua
Quando il movimento ordinato delle particelle cariche ha sempre una sola direzione, allora tale corrente è chiamata costante. La corrente continua si verifica in una rete a tensione costante quando la polarità delle cariche da un lato e dall'altro è costante nel tempo. È molto spesso utilizzato in vari dispositivi elettronici e tecnologie, quando non è richiesta la trasmissione di energia a lunga distanza.
Fonti di corrente elettrica
Fonte di corrente elettrica di solito chiamato dispositivo o dispositivo con il quale è possibile creare una corrente elettrica in un circuito. Tali dispositivi possono creare sia corrente alternata che corrente continua. Secondo il metodo di creazione di una corrente elettrica, sono divisi in meccanici, leggeri, termici e chimici.
Meccanico Le fonti di corrente elettrica convertono l'energia meccanica in energia elettrica.Queste apparecchiature sono di vario genere. generatori, che, per effetto della rotazione dell'elettromagnete attorno alla bobina dei motori asincroni, producono una corrente elettrica alternata.
luce le sorgenti convertono l'energia dei fotoni (energia luminosa) in elettricità. Usano la proprietà dei semiconduttori per produrre tensione quando esposti a un flusso luminoso. I pannelli solari sono uno di questi dispositivi.
Termico - convertire l'energia termica in elettricità a causa della differenza di temperatura tra due coppie di semiconduttori a contatto - termocoppie. L'entità della corrente in tali dispositivi è direttamente correlata alla differenza di temperatura: maggiore è la differenza, maggiore è la forza della corrente. Tali fonti sono utilizzate, ad esempio, nelle centrali geotermiche.
Chimico una fonte di corrente produce elettricità a seguito di reazioni chimiche. Ad esempio, tali dispositivi includono vari tipi di batterie e accumulatori galvanici. Le sorgenti di corrente basate su celle galvaniche sono solitamente utilizzate in dispositivi autonomi, automobili, tecnologia e sono sorgenti di corrente continua.
Conversione da CA a CC
I dispositivi elettrici nel mondo utilizzano corrente continua e alternata. Pertanto, è necessario convertire una corrente in un'altra o viceversa.
Dalla corrente alternata si può ricavare corrente continua utilizzando un ponte a diodi o, come viene anche chiamato, un “raddrizzatore”. Il nucleo di un raddrizzatore è un diodo a semiconduttore che conduce l'elettricità in una sola direzione. Dopo questo diodo, la corrente non cambia direzione, ma compaiono increspature, che vengono eliminate con l'aiuto di condensatori e altri filtri. I raddrizzatori sono disponibili nelle versioni meccanica, elettrovuoto o semiconduttore.
A seconda della qualità di fabbricazione di un tale dispositivo, l'ondulazione di corrente all'uscita avrà un valore diverso, di norma, più costoso e migliore è il dispositivo, minore è l'ondulazione e più pulita è la corrente. Un esempio di tali dispositivi sono Riserve energetiche vari dispositivi e caricatori, raddrizzatori di centrali elettriche in vari modi di trasporto, saldatrici a corrente continua e altri.
Gli inverter vengono utilizzati per convertire la corrente continua in corrente alternata. Tali dispositivi generano una tensione alternata con una sinusoide. Esistono diversi tipi di tali dispositivi: inverter con motori elettrici, relè ed elettronici. Tutti differiscono l'uno dall'altro per la qualità della corrente alternata in uscita, il costo e le dimensioni. Un esempio di tale dispositivo sono i gruppi di continuità, gli inverter nelle automobili o, ad esempio, nelle centrali solari.
Dove viene utilizzato e quali sono i vantaggi della corrente alternata e continua
Varie attività possono richiedere l'uso di AC e DC. Ogni tipo di corrente ha i suoi vantaggi e svantaggi.
Corrente alternata più spesso utilizzato quando è necessario trasmettere corrente su lunghe distanze. È più opportuno trasmettere una tale corrente dal punto di vista delle possibili perdite e del costo delle apparecchiature. Ecco perché la maggior parte degli apparecchi e dei meccanismi elettrici utilizza solo questo tipo di corrente.
Le case e le imprese residenziali, le infrastrutture e le strutture di trasporto si trovano a una certa distanza dalle centrali elettriche, quindi tutte le reti elettriche sono AC. Tali reti alimentano tutti gli elettrodomestici, le attrezzature industriali, le locomotive dei treni. Esiste un numero incredibile di dispositivi che funzionano a corrente alternata ed è molto più semplice descrivere quei dispositivi che utilizzano la corrente continua.
DC utilizzato nei sistemi autonomi, come i sistemi di bordo di automobili, aerei, navi o treni elettrici. È ampiamente utilizzato nell'alimentazione di microcircuiti di varia elettronica, nelle comunicazioni e in altre apparecchiature, dove è necessario ridurre al minimo la quantità di interferenze e incresparle o eliminarle completamente. In alcuni casi, tale corrente viene utilizzata nella saldatura elettrica con l'aiuto di inverter. Ci sono anche locomotive ferroviarie che funzionano su sistemi DC. In medicina, tale corrente viene utilizzata per introdurre farmaci nel corpo mediante l'elettroforesi e per scopi scientifici per separare varie sostanze (elettroforesi proteica, ecc.).
Designazioni su apparecchi elettrici e schemi
Spesso è necessario determinare a quale corrente opera il dispositivo. Dopotutto, il collegamento di un dispositivo funzionante a corrente continua a una rete elettrica a corrente alternata porterà inevitabilmente a spiacevoli conseguenze: danni al dispositivo, incendio, scossa elettrica. Per questo, ci sono generalmente accettati convegni per tali sistemi e persino la codifica a colori dei fili.
Convenzionalmente, sugli apparecchi elettrici funzionanti in corrente continua, sono indicate una linea, due linee continue o una linea continua insieme ad una linea tratteggiata, poste una sotto l'altra. Inoltre, una tale corrente è contrassegnata da una designazione in lettere latine DC. L'isolamento elettrico dei fili nei sistemi DC per il filo positivo è colorato in rosso, il filo negativo in blu o nero.
Sugli apparecchi e le macchine elettriche, la corrente alternata è indicata dalla sigla inglese corrente alternata o linea ondulata. Negli schemi e nella descrizione dei dispositivi è indicato anche da due linee: solida e ondulata, poste una sotto l'altra. I conduttori nella maggior parte dei casi sono designati come segue: la fase è marrone o nera, lo zero è blu e la terra è giallo-verde.
Perché la corrente alternata viene utilizzata più spesso
Sopra, abbiamo già parlato del motivo per cui la corrente alternata è attualmente utilizzata più spesso della corrente continua. Eppure, diamo un'occhiata a questo problema in modo più dettagliato.
Il dibattito su quale corrente sia meglio utilizzare è in corso sin dalle scoperte nel campo dell'elettricità. Esiste persino una "guerra di correnti" - il confronto tra Thomas Edison e Nikola Tesla per l'uso di uno dei tipi di corrente. La lotta tra i seguaci di questi grandi scienziati è durata fino al 2007, quando la città di New York è passata alla corrente alternata da corrente continua.
Il motivo principale per cui AC viene utilizzato più spesso è perché la capacità di trasmetterlo su lunghe distanze con perdite minime. Maggiore è la distanza tra la sorgente di corrente e il consumatore finale, maggiore è la resistenza fili e perdite di calore per il loro riscaldamento.
Per ottenere la massima potenza è necessario aumentare o lo spessore dei fili (e quindi ridurre la resistenza), o aumentare la tensione.
Nei sistemi AC è possibile aumentare la tensione con uno spessore minimo dei fili, riducendo così il costo delle linee elettriche. Per i sistemi con corrente continua non ci sono modi convenienti ed efficaci per aumentare la tensione, e quindi per tali reti è necessario aumentare lo spessore dei conduttori o costruire un gran numero di piccole centrali elettriche. Entrambi questi metodi sono costosi e aumentano significativamente il costo dell'elettricità rispetto alle reti CA.
Con l'aiuto di trasformatori elettrici, la tensione in corrente alternata è efficace (con efficienza fino al 99%) può essere modificato in qualsiasi direzione dai valori minimi a quelli massimi, che è anche uno degli importanti vantaggi delle reti CA. L'uso di un sistema CA trifase aumenta ulteriormente l'efficienza e macchine come i motori che funzionano con alimentazione CA sono molto più piccole, più economiche e di facile manutenzione rispetto ai motori CC.
Sulla base di quanto sopra, possiamo concludere che l'uso della corrente alternata è vantaggioso nelle grandi reti e quando si trasmette energia elettrica su lunghe distanze e per il funzionamento accurato ed efficiente dei dispositivi elettronici e per i dispositivi autonomi, è consigliabile utilizzare la corrente continua.
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