Hvad er forskellen på jævnstrøm og vekselstrøm, og hvor anvendes de?

I dagens verden har alle været konfronteret med elektricitet siden barndommen. De første omtaler af dette naturfænomen stammer tilbage fra filosofferne Aristoteles og Thales, som var fascineret af de fantastiske og mystiske egenskaber ved elektrisk strøm. Men det var først i det 17. århundrede, at store videnskabsmænd begyndte en række opdagelser om elektrisk energi, som fortsætter den dag i dag.

Opdagelsen af elektrisk strøm og Michael Faradays skabelse af verdens første generator i 1831 ændrede menneskets liv radikalt. Vi er vant til apparater, der bruger elektrisk energi til at gøre vores liv lettere, men indtil nu har de fleste mennesker ikke forstået dette vigtige fænomen. For at forstå de grundlæggende principper for elektricitet skal vi først og fremmest studere to grundlæggende definitioner: elektrisk strøm og spænding.

Hvad er vekselstrøm og spænding

 

Elektrisk strøm - er den ordnede bevægelse af ladede partikler (elektriske ladningsbærere). Bærerne af elektrisk strøm er elektroner (i metaller og gasser), kationer og anioner (i elektrolytter), huller i elektron-hul-ledning. Dette fænomen viser sig ved skabelsen af et magnetfelt, en ændring i den kemiske sammensætning eller opvarmning af ledere. De vigtigste egenskaber ved strøm er:

• Strømstyrken, der bestemmes ved Ohm's lov og måles i ampere (А), i formlerne er det angivet med bogstavet I;
• effekt, i henhold til Joule-Lenz-loven, målt i watt (W), betegnes med P;
• frekvens, målt i hertz (Hz).

Elektrisk strøm anvendes som energibærer til produktion af mekanisk energi i elektromotorer, til produktion af varmeenergi i varmeapparater, elektrisk svejsning og varmeapparater, til generering af elektromagnetiske bølger af forskellige frekvenser, til skabelse af magnetfelter i elektromagneter og til produktion af lysenergi i belysningsapparater og lamper af alle slags.

Spænding - er det arbejde, der udføres af et elektrisk felt for at flytte en ladning på 1 coulomb (Coulomb) fra et punkt i en leder til et andet. Ud fra denne definition er det imidlertid vanskeligt at forstå, hvad spænding er.

For at en ladet partikel kan bevæge sig fra den ene pol til den anden, skal der skabes en potentialforskel mellem disse poler (dette er det, der kaldes en spænding). Måleenheden for spænding er volt (В).

For at få en endelig forståelse af definitionen af elektrisk strøm og spænding kan man lave en interessant analogi: Forestil dig, at den elektriske ladning er vand, så er trykket af vandet i søjlen spændingen, og vandets strømningshastighed i røret er styrken af den elektriske strøm. Jo højere spænding, jo større er styrken af den elektriske strøm.

Hvad er vekselstrøm

Hvis du ændrer polariteten af potentialerne, ændres retningen af den elektriske strøm. Det er denne form for strøm, der kaldes vekselstrøm. Den mængde ændring i retning i et givet tidsinterval kaldes frekvensen og måles som nævnt ovenfor i Hertz (Hz). For eksempel er frekvensen i et standard elektrisk netværk i vores land 50 Hz, hvilket betyder, at strømretningen ændres 50 gange i sekundet.

Hvad er jævnstrøm

Når den ordnede bevægelse af ladede partikler altid kun har én retning, kaldes denne strøm for jævnstrøm. Jævnstrøm opstår i et jævnspændingsnetværk, når polariteten af ladningerne på den ene side og den anden side er konstant over tid. Den anvendes meget ofte i forskellige elektroniske apparater og teknikker, når der ikke er behov for strømoverførsel over lange afstande.

Kilder til elektrisk strøm

En elektrisk strømkilde Henviser generelt til et apparat eller en anordning, hvormed der kan skabes elektrisk strøm i et kredsløb. Sådanne anordninger kan producere både vekselstrøm og jævnstrøm. De opdeles i mekaniske, lys-, termiske og kemiske strømgeneratorer alt efter den måde, de skaber elektricitet på.

Mekanisk Elektriske strømkilder omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Sådant udstyr omfatter forskellige typer af generatorersom genererer elektrisk vekselstrøm ved at dreje en elektromagnet rundt om en spole af induktionsmotorer.

Lys kilder omdanner fotonernes energi (lysenergi) til elektrisk energi. De udnytter halvledernes egenskab til at frembringe en spænding, når de udsættes for lysstrøm. Solpaneler kan betragtes som et sådant udstyr.

Termisk - Omdanner varmeenergi til elektricitet via temperaturforskellen mellem to par halvledere, der er i kontakt med hinanden - termokobler. Strømstyrken i sådanne anordninger er direkte relateret til temperaturforskellen: jo større forskellen er, jo større er strømstyrken. Sådanne kilder anvendes f.eks. i geotermiske kraftværker.

Kemisk Producerer elektricitet via kemiske reaktioner. F.eks. kan forskellige typer galvaniske batterier og akkumulatorer klassificeres som sådanne anordninger. Galvaniske strømkilder anvendes typisk i enkeltstående enheder, køretøjer og apparater og er jævnstrømskilder.

Omdannelse af vekselstrøm til jævnstrøm

Elektriske apparater i hele verden bruger både jævnstrøm og vekselstrøm. Derfor er der behov for at konvertere en strøm til en anden eller omvendt.

En vekselstrøm kan omdannes til jævnstrøm ved hjælp af en diodebro eller en "ensretter". Den vigtigste del af ensretteren er en halvlederdiode, som kun leder den elektriske strøm i én retning. Efter denne diode ændrer strømmen ikke sin retning, men der er krusninger, som elimineres med kondensatorer og andre filtre. Ensrettere findes i mekaniske, vakuum- eller halvlederudgaver.

Afhængigt af kvaliteten af fremstillingen af en sådan enhed vil ripple-strømmen ved udgangen have forskellige værdier, som regel vil enheden som regel være mindre ripple og renere strømmen, jo dyrere og bedre fremstillet en enhed er, jo mindre ripple og renere strømmen er. Eksempler på sådanne anordninger er strømforsyninger forskellige apparater og opladere, ensrettere til elektriske strømforsyningsenheder i forskellige transportmidler, jævnstrøms-svejseapparater og andre.

Invertere bruges til at konvertere jævnstrøm til vekselstrøm. Sådanne enheder genererer vekselspænding med et sinusbølgemønster. Der findes flere typer af disse enheder: motorinvertere, relæinvertere og elektroniske invertere. De er alle forskellige med hensyn til kvaliteten af den vekselstrøm, de producerer, deres pris og størrelse. Det gælder f.eks. uafbrydelige strømforsyninger, invertere i biler eller i solcelleanlæg.

Hvor AC- og DC-strøm anvendes, og hvad er fordelene?

Forskellige opgaver kan kræve brug af både vekselstrøm og jævnstrøm. Hver type strøm har sine fordele og ulemper.

Vekselstrøm anvendes hovedsagelig, når strømmen skal overføres over store afstande. Denne type strøm giver mere mening med hensyn til mulige tab og udstyrsomkostninger. Det er derfor, at de fleste apparater og maskiner kun bruger denne type strøm.

Boliger og virksomheder, infrastruktur og transportfaciliteter ligger langt fra kraftværkerne, så alle elnet er vekselstrøm. Disse net forsyner alle husholdningsapparater, industrielt udstyr og lokomotiver med strøm. Der findes utroligt mange vekselstrømsdrevne apparater, og det er meget nemmere at beskrive dem, der bruger jævnstrøm.

 

Jævnstrøm anvendes i autonome systemer som f.eks. indbyggede systemer i køretøjer, fly, skibe og elektriske tog. Den anvendes i vid udstrækning til strømforsyning af mikrokredsløb i forskellige elektronik-, kommunikations- og andre applikationer, hvor interferens og ripple skal minimeres eller elimineres. I nogle tilfælde anvendes en sådan strøm i elektriske svejsearbejder ved hjælp af invertere. Der findes endda lokomotiver, der kører på jævnstrømssystemer. Inden for lægevidenskaben anvendes en sådan strøm til at indføre lægemidler i kroppen ved hjælp af elektroforese og til videnskabelige formål til at adskille forskellige stoffer (proteinelektroforese osv.).

Symboler på elektriske apparater og kredsløb

Det er ofte nødvendigt at fastslå, hvilken strøm apparatet arbejder med. Når en jævnstrømsdrevet enhed tilsluttes til en vekselstrømsnetforsyning, vil det uundgåeligt føre til ubehagelige konsekvenser: beskadigelse af enheden, brand eller elektrisk stød. Der findes internationalt anerkendte symboler for dette standardbetegnelser til sådanne systemer og endda farvekodede kabler.

For eksempel er apparater, der kører på jævnstrøm, markeret med én linje, to gennemgående linjer eller en gennemgående linje sammen med en stiplet linje under hinanden. Sådanne strømme er også mærket med følgende latinske bogstaver DC. Isoleringen af elektriske ledninger i jævnstrømssystemer er rød for positiv strøm og blå eller sort for negativ strøm.

På elektriske apparater og maskiner angives vekselstrøm med den engelske forkortelse AC eller med en bølgelinje. I diagrammer og apparatbeskrivelser angives den også ved hjælp af to linjer: en gennemgående linje og en bølgelinje under hinanden. Lederne er i de fleste tilfælde mærket som følger: fase i brun eller sort, neutral i blå og jord i grøn-gul.

Hvorfor vekselstrøm bruges oftere

Vi har allerede ovenfor talt om, hvorfor vekselstrøm i dag anvendes oftere end jævnstrøm. Og alligevel, lad os se nærmere på dette spørgsmål.

Der har været en debat om, hvilken strøm der er bedst at bruge, siden elektriciteten blev opdaget. Der er endda noget, der hedder "krigen om strømme" - en rivalisering mellem Thomas Edison og Nikola Tesla om brugen af en bestemt type strøm. Kampen mellem disse store videnskabsmænds tilhængere varede indtil 2007, hvor New York skiftede fra jævnstrøm til vekselstrøm.

Den vigtigste grund til, at vekselstrøm er mere almindeligt anvendt, er er evnen til at transmittere den over lange afstande med minimale tab.. Jo større afstanden mellem strømkilden og slutforbrugeren er, jo større er modstanden af ledningerne og varmetabet fra ledningerne.

For at opnå den maksimale effekt er det nødvendigt at øge enten tykkelsen på kablerne (og dermed reducere modstanden), eller for at øge spændingen.

I vekselstrømssystemer er det muligt at øge spændingen med en minimal ledningstykkelse, hvilket reducerer omkostningerne ved de elektriske ledninger. For jævnstrømssystemer er der ingen overkommelige og effektive måder at øge spændingen på, og derfor kræver sådanne net enten en forøgelse af ledernes tykkelse eller opførelse af et stort antal små kraftværker. Begge disse metoder er dyre og øger prisen på elektricitet betydeligt i forhold til vekselstrømsnet.

Med elektriske transformere er vekselspænding effektivt (med en effektivitet på op til 99 %) kan varieres i begge retninger fra minimums- til maksimumsværdier, hvilket også er en af de store fordele ved vekselstrømsnet. Ved at bruge et trefaset vekselstrømssystem øges effektiviteten yderligere, og maskiner som f.eks. motorer, der kører på vekselstrømsnet, er meget mindre, billigere og lettere at vedligeholde end jævnstrømsmotorer.

Ud fra ovenstående kan vi konkludere, at brugen af vekselstrøm er fordelagtig i store netværk og ved overførsel af elektrisk energi over lange afstande, mens det til nøjagtig og effektiv drift af elektroniske apparater og autonome apparater er tilrådeligt at bruge jævnstrøm.

Relaterede artikler: