Змінний та постійний струм – у чому різниця, характеристики, плюси та мінуси, застосування

Складання навіть елементарної електричної схеми не обходиться без знання азів електротехніки. Насамперед це той факт, що в побуті є 2 види електроструму – постійний та змінний. Розберемо, що таке змінний і постійний струм, у чому різниця між ними, які характеристики, плюси і мінуси вони мають, а також які їх джерела і де застосовуються.

Спрямований рух частинок із зарядом під дією електромагнітного поля називається електричним струмом. У металевих та газових провідниках носіями електрозаряду виступають електрони, а в рідких середовищах – позитивно та негативно заряджені іони. Електрорушійна сила використовується повсюдно та різноманітно – від електродвигуна та радіатора опалення до електромагнітних коливань та мікросхем.

Головною рушійною силою електрики є різниця потенціалів – величин різноманітних зарядів між полюсами. Чим більше його значення, тим сильніший струм. Називається воно напругою, відображається у вольтах.

Напруга нерозривно пов’язана з іншими характеристиками електрики – силою струму та опором. Величини пов’язані між собою непорушною закономірністю – формулою Ома.

• Постійний .

Різниця потенціалів між контактами створює одному краю плюсову полярність, іншому – мінусову. Становище залишається стабільним весь час – поки що зберігається така послідовність підключення. При цьому напрямок потоку заряджених часток не змінюється.

На схемах і кресленнях постійний струм має позначення як прямої риси чи DC, а змінний хвилястою лінією чи AC. Використання цього різновиду електроструму виправдане, коли потрібно передати енергію на мінімальну відстань і потужність не є першочерговим критерієм.

• Змінний .

На відміну від постійного струму змінний характеризується зміною полярності з певною частотою. Наприклад, у звичній побутовій мережі такі зміни відбуваються 50 разів на секунду. У електротехнічній термінології це виражається як частота 50 Гц.

При порівнянні розглянутих 2-х видів електроструму за основними властивостями проявляються такі особливості:

1. Напрямок заряджених частинок у змінного струму змінюється на певний часовий відрізок.
2. Контакти постійного струму мають різну полярність – “+” і “-“, висновки змінного – це нуль і фаза.
3. Мережева електрика виробляється генераторною установкою, постійний струм надходить з АКБ, елемента живлення чи трансформатора.
4. Обидва види струму можна отримати шляхом перетворення одного в інший.

Довідка! Постійний струм не кращий за змінний, і навпаки, тому що кожен має свої плюси та мінуси. Застосування того чи іншого різновиду підбирається за низкою конкретних вимог.

Джерела струму

Різниця між постійним і змінним струмом проявляється також у джерелах – як правило, вони можуть виробляти лише один вид. Найчастіше на практиці застосовуються такі різновиди:

• Механічні . Це найбільш поширений спосіб вироблення змінного струму як у промислових масштабах, так і побутових умовах. Застосовуються генераторні установки, що приводяться в дію різною механічною силою – водою, що падає (ГЕС), струменем пари (ТЕС), або роботою ДВС на автономних електрогенераторах.
• Термічні . В основі лежить різниця нагріву між охолоджуваною і нагрівається поверхнями спеціальних термопар. При цьому чим вищий перепад, тим більше значення сили електроструму. Такий принцип виробництва електрики використовується на геотермальних установках.
• Світлові . У пристроях за допомогою спеціальних напівпровідникових панелей світлова енергія перетворюється на електричну. Механізм вироблення струму є основою створення сонячних батарей.
• Хімічні . Електрика виробляється під час хімічної взаємодії гальванічних елементів з електролітом. Саме такі прилади були своєрідними піонерами перших штучних джерел світла. Сьогодні за подібним принципом працюють різні батареї, акумулятори, безперебійники.

Гальванічні елементи електроживлення характеризуються мобільністю та автономністю. Саме тому вони знайшли широке застосування – у транспортних засобах, цифровій техніці, медицині та інше. Однак вони значно обмежені за часом дії та потужності. Їх постійно потрібно заряджати.

У самому спрощеному поданні (для чайників) різниця між постійним та змінним струмом полягає у можливості отримання, накопичення та користування першого з другого. У такий спосіб йде підзарядка всіх сучасних побутових приладів – мобільника, ноутбука, безперебійника казана тощо.

На замітку! Незалежно від того, наскільки виснажено джерело постійного струму, напрям руху заряджених частинок у підключеному до нього ланцюгу залишиться незмінним.

• Відсутність реактивної потужності в ланцюгу, продуктивніша витрата енергії.
• Ефективна акумуляція електроенергії – за допомогою АКБ та конденсаторів.
• Немає затримки чи випередження в електроланцюзі.

Крім плюсів є деякі недоліки:

1. Виникнення іскріння або замикання при перериванні ланцюга – через наявність постійної напруги. Це виключено в ланцюзі змінного струму, тому що відключення можливе в момент падіння характеристики до нуля під час коливань зміні полярності.
2. Складність підвищення та зниження потенціалу. Для подібного перетворення струм спочатку потрібно перевести в змінний, потім із заданими параметрами назад у постійний. Для цього знадобиться дороге обладнання.
3. Посилення електрохімічної корозії за супутніх умов, наприклад, елементів підземної комунікації.

Найчастіше побутові прилади працюють на постійній електриці. Підключаються вони при цьому від побутової змінної мережі, але в своїй конструкції мають спеціальний перетворювач отримання струму заданих характеристик.

• Можливість транспортування електроенергії на великі дистанції із мінімальною втратою.
• Доступність перетворення параметрів електроструму у будь-якому потрібному значенні.
• Простота підключення електроустаткування – через відсутність полярності. Виделку в розетку можна встромити будь-якою стороною, чого не можна зробити в мережі постійного струму.
• Безпечне переривання електроживлення.

Недоліки змінної електромережі виявляються в наступному:

1. Виникнення реактивної потужності, через що зростає витрата енергії.
2. Поверхневе витіснення заряду у провіднику, що знижує корисну площу перерізу, збільшує опір та призводить до втрат потужності.
3. Необхідність підвищення напруги на лініях електропередач довжиною понад 500 км.

Застосування

Електричний струм називається постійним, перш за все, через стабільність полярності, відсутність перепадів та імпульсів. Ця властивість дозволяє використовувати його у різних мікросхемах для забезпечення роботи електроніки та точної техніки.

Крім цього, електрика з таким набором характеристик знайшла широке застосування в інших галузях:

• Електромотори транспортних засобів, витягів.
• Портативні АКБ побутових пристроїв.
• Електролітичні промислові установки.
• Електродугове та газове зварювання.
• Бортові електромережі.
• Медичні технології щодо впровадження лікарських препаратів.
• Науково-дослідні напрямки.

Змінний електрострум знаходить застосування переважно в побутових та промислових мережах – для підведення електроенергії до будинків, цехів, торгових центрів, лікарень та ін. Потужні виробничі установки, двигуни, як правило, живляться таким різновидом електрики.

Електрострум є спрямований рух електронів та іонів. Рушійною силою їм є різниця потенціалів. Застосовується електрика практично скрізь – від двигунів до мікросхем.

Розділяється електричний струм на змінний та постійний. Розрізняються вони передусім тим, що останнього полярність незмінна, а першого – змінюється з певною частотою. На схемах значок постійного струму виглядає як пряма лінія або літерами DC, змінного хвиляста риса або AC.

Джерела електроструму класифікуються на такі види:

• Механічні . Генератори ГЕС, ТЕС, автономні.
• Термічні . На основі термопар.
• Світлові . Сонячні батареї.
• Хімічні . АКБ, електричні елементи.

Плюси постійного електроструму – відсутність реактивної потужності, акумуляція, відсутність випередження, мінуси – складність розмикання, складність перетворення, посилення корозії. Переваги змінного електроструму – передача на відстань, легкість перетворення, підключення та відключення, недоліки – реактивна потужність, витіснення заряду, необхідність підвищення потужності за великої довжини ЛЕП.