DC: historia odkrywania i badania zjawiska, zastosowanie we współczesnym świecie

Elektryczność w starożytnym świecie

Nawet starożytni greccy filozofowie Thales pisali o właściwościach bursztynu, noszonego na wełnie, aby przyciągać małe przedmioty. Ale przez dość długi czas cała wiedza o elektryczności ograniczała się do tego ciekawego doświadczenia. Nikt nie kojarzy się z tym zjawiskiem piorunem naturalnym, obserwowanym podczas burzy. Dalsze badania prądu elektrycznego, bez rozdzielania na bezpośrednie i naprzemienne, kontynuowano dopiero w XVII wieku. I przez kilkaset lat naukowcy posunęli się bardzo daleko.

Zjawisko odkrywania

W 1600 r. Wprowadzono termin "elektryczność", a ponad pół wieku później zaczęto go aktywnie badać. Początkowo podział na stały i prąd przemienny nie istniały, więc studia były niesystematyczne. Pierwsza teoria dotycząca natury elektryczności została sformułowana w XVIII wieku przez Benjamina Franklina, który jednak pozostał w historii głównie jako postać polityczna. Nieco później skonstruowano pierwszy kondensator - tzw. Leiden Bank. Niemniej jednak uważa się, że historia badań nad prądem stałym rozpoczęła się na serio od eksperymentów Galvaniego, dotyczących, co dziwne, przede wszystkim biologii, a nie fizyki. Słynny Włoch dosłownie zwrócił się do nauki.

Badanie DC

Eksperymenty Galvani dotyczyły przede wszystkim fizjologii. Pomijanie prąd elektryczny przez ciało żaby zauważył, jak kurczą się jej mięśnie. Opis tych eksperymentów interesował nie tylko biologów, ale także fizyków. Sam Galvani przeprowadził serię badań, uważając, że mięśnie przypominają słoik z Leiden, a dokładniej jego baterie. Eksperymenty te stały się podstawą nowoczesnej elektrofizjologii. W 1800 r. Wyznawca Włocha, jego rodak Alessandro Volta, stworzył pierwszego źródło zasilania DC - ogniwo galwaniczne. Brytyjski Carlyle i Nicholson powtórzyli eksperymenty swoich kolegów, dochodząc do wniosku, że w pewnych warunkach energia elektryczna przepuszczana przez wodę powoduje jej rozkład na elementy składowe. Takie eksperymenty ostatecznie pobudziły rozwój chemii. Rosyjscy naukowcy również mieli udział w badaniach - pochodzący z Petersburga, Wasilij Pietrow opisał to zjawisko w 1803 roku łuk elektryczny. Jednak 9 lat później to odkrycie powtórzyło się i zostało przedstawione jako to, co zaszło po raz pierwszy. Dalsze badania zostały już skierowane do badania cech i praw rządzących prądem. Równolegle naukowcy odkryli nowe i nowe sposoby wykorzystania energii elektrycznej, wymyślając niesamowite urządzenia, które ludzkość dotychczas stosowała.

Charakterystyka i parametry

Jak sama nazwa wskazuje, wartość prądu stałego i jego napięcie w dowolnym czasie pozostają niezmienione. Pomimo tego, że ruch naładowanych cząstek odbywa się w sposób ciągły, ich ogólne położenie przestrzenne pozostaje nieruchome. Przy okazji, co zaskakujące, ale z technicznego punktu widzenia, pojęcie "prąd stały" jest nieprawidłowe, ponieważ nie jest to to samo, co jest stałe, ale napięcie źródła zasilania, jego siła elektromotoryczna (EMF). Ale koncepcja jest tak mocno ugruntowana, że ​​po prostu niemożliwe jest wyobrazić sobie jej zmianę. Główną cechą tej odmiany jest brak odwrócenia polaryzacji przy zasilaniu. Prąd stały ma wiele parametrów, które są oczywiście związane z innymi typami:

• Siła lub wielkość (i). Pokazuje natężenie prądu płynącego przez przekrój przewodu w jednostce czasu. Mierzone w amperach.
• Gęstość (F). Stosunek prądu do pola przekroju przewodnika. Jednostki miary - A / mm ² .
• Napięcie (V). Ta wielkość fizyczna wskazuje działanie źródła energii elektrycznej podczas przenoszenia ładunku w stosunku do jego wielkości. Mierzone w woltach.
• Moc elektryczna (P). Wskazuje prędkość transmisji lub konwersji energii elektrycznej. Jednostka - wat.
• Opór (R). Wartość ta charakteryzuje właściwość przewodnika, aby zapobiec upływowi prądu. Mierzone w omach.

Prawa i formuły

Wszystkie powyższe wartości są bezpośrednio ze sobą powiązane, a prawie każdy z nich można wyrazić w kategoriach innych. W szkolnym kursie fizyki jest to szczegółowo badane, ale warto powtórzyć wszystko jeszcze raz. Najprostsze przykłady formuł są następujące:

• V = I x R = P: I;
• I = V: R = P: V;
• R = V2: P = V: I = P: I2;
• P = V x I = I ² x R = V ² : R.

Oczywiście wiele osób także pamięta prawo Ohma, chociaż nie każdy może je sformułować. Ma on zastosowanie do prądu stałego i opisuje zależność źródła emisji lub napięcia i siły od rezystancji. Jeśli chodzi o formuły, wygląda to tak:

• U = IR. Oznacza to, że różnica potencjałów między początkiem i końcem przewodnika jest równa iloczynowi prądu i rezystancji.

Włączenie tej ustawy to kolejna ważna relacja. Opisuje przejście energii elektrycznej w ciepło podczas transmisji. Innymi słowy, mówimy o utracie mocy w postaci przewody grzejne. Zależność ta nazywana jest prawem Joule'a-Lenza i opisana jest następująco:

• Q = I ² Rt,

gdzie Q jest wytworzonym ciepłem, I jest aktualną siłą, R jest oporem, a t jest przedziałem czasu.

Ta formuła działa tylko dla odmiany stałej. Oznacza to, że ma ona zastosowanie tylko do konkretnego przypadku, podczas gdy dla zmiennej będzie wyglądać nieco bardziej skomplikowanie.

Różnice od innych typów

Jeśli weźmiemy pod uwagę wykresy głównych rodzajów prądu elektrycznego, nie pojawią się żadne pytania. Linia stałej będzie prosta, pozostając na tym samym poziomie w czasie, naprzemiennie - piłokształtną. W przeciwieństwie do drugiego, pierwszy nie ma takiego parametru, jak częstotliwość, a raczej w tym przypadku wynosi zero. Ponadto kierunek prądu stałego nie zmienia się wraz z upływem czasu. Oznaczenie również jest inne - DC (prąd stały) i AC (prąd przemienny). Jak można się domyślić, pierwsza jest stała, a druga zmienna. Ponadto ta druga wersja może być zarówno pojedyncza, jak i trójfazowa. To główna różnica.

Źródła i wzmacniacze

Oczywiście prąd stały nie jest pobierany znikąd. Istnieją specjalne urządzenia, które ją generują. Są to zwykłe baterie, akumulatory i inne nowoczesne źródła. Pierwszą z nich była ta sama voltaic voltaic cell. Ale czasami prąd musi być nie tylko generowany, ale także wzmacniany. Do tego również istnieją specjalne urządzenia - wzmacniacze DC (UFD). Urządzenia te są niezbędne w celu zwiększenia napięcia. Wzmacniacz w pełnym tego słowa znaczeniu można nazwać UFT, jeśli jego zakres operacyjny obejmuje wszystkie częstotliwości, aż do najniższego i zero. Urządzenia te są bardzo popularne i są szeroko stosowane w wielu dziedzinach elektroniki, dlatego ich rozwój i doskonalenie odbywa się w sposób ciągły.

Zastosowanie we współczesnym świecie

On jest wszędzie. Wszelkie nowoczesne urządzenia, które działają zarówno na sieci, jak i na baterie, wykorzystują prąd stały. W pierwszym przypadku urządzenie zapewnia specjalny element, który konwertuje energię elektryczną z jednego gatunku na inny. W drugim reakcja chemiczna zachodzi w źródle prądu, co utrzymuje napięcie na stałym poziomie. Wydawałoby się, że w tym przypadku byłoby łatwiej, gdyby sieć miała prąd stały, a nie zmienny, ale tak nie jest. Druga wersja jest łatwiejsza do wyprodukowania, a także nie trzeba jej konwertować do działania transformatorów. Urządzenia, które pozwalają na otrzymanie stałej ze zmiennej, nazywają się prostownikami, chociaż urządzenia wykonujące odwrotne działanie to inwertery. Ten rodzaj prądu znalazł zastosowanie w elektrochemii, niektórych rodzajach spawania, obróbce metali, medycynie i wielu innych dziedzinach. Jest naprawdę wszędzie, a czasem wydaje się prawdziwym cudem, ponieważ wszystko zaczęło się od zwykłego bursztynu.