Ηλεκτρονικά Βασικά: Εναλλάκτες και εναλλασσόμενο ρεύμα - ανδρείκελοι

Αν θέλετε να απελευθερώσετε τα ηλεκτρονικά σας κυκλώματα από την τυραννία των μπαταριών, τα οποία τελικά πεθαίνουν, θα πρέπει να μάθετε πώς να κάνετε τα κυκλώματά σας λειτουργούν από εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Αυτό σημαίνει να έχετε μια καλή αντίληψη της ισχύος AC.

Ένας καλός τρόπος να αποκτήσετε το μυαλό σας γύρω από τον τρόπο λειτουργίας του AC είναι να εξετάσετε τη συσκευή που χρησιμοποιείται συχνότερα για την παραγωγή του: το εναλλάκτη . Ένας εναλλάκτης είναι μια συσκευή που μετατρέπει περιστροφική κίνηση, συνήθως από έναν στρόβιλο που οδηγείται από νερό, ατμό ή ανεμόμυλο, σε ηλεκτρικό ρεύμα. Από τη φύση της, ένας εναλλάκτης δημιουργεί εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ουσιαστικά, ένας μεγάλος μαγνήτης τοποθετείται μέσα σε ένα σύνολο σταθερών συρμάτων σύρματος. Ο μαγνήτης είναι τοποθετημένος σε έναν περιστρεφόμενο άξονα που συνδέεται με έναν ανεμογεννήτη ή έναν ανεμόμυλο. Έτσι, όταν το νερό ή ο ατμός ρέει μέσω του στροβίλου ή όταν ο άνεμος γυρίζει τον ανεμόμυλο, ο μαγνήτης περιστρέφεται.

Καθώς ο μαγνήτης περιστρέφεται, το μαγνητικό του πεδίο μετακινείται στα πηνία του σύρματος. Λόγω του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το κινούμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα εντός των συρμάτων σύρματος. Η αντοχή και η κατεύθυνση αυτού του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτώνται από τη θέση και την κατεύθυνση του περιστρεφόμενου μαγνήτη.

Μπορείτε να δείτε πώς το ρεύμα προκαλείται στο σύρμα σε τέσσερις διαφορετικές θέσεις της περιστροφής του μαγνήτη. Στο μέρος Α, ο μαγνήτης βρίσκεται στο πλέον απομακρυσμένο σημείο του από τα πηνία και προσανατολίζεται προς την ίδια κατεύθυνση με τα πηνία. Αυτή τη στιγμή, το μαγνητικό πεδίο δεν προκαλεί καθόλου ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, ο λαμπτήρας είναι σκοτεινός.

Αλλά καθώς ο μαγνήτης αρχίζει να περιστρέφεται δεξιόστροφα, ο μαγνήτης έρχεται πιο κοντά στα πηνία, εκθέτοντας έτσι περισσότερο από το μαγνητικό του πεδίο στα πηνία. Το κινούμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα ρεύμα που γίνεται ισχυρότερο καθώς ο μαγνήτης συνεχίζει να περιστρέφεται πιο κοντά στα πηνία. Αυτό προκαλεί τη λάμψη του λαμπτήρα.

Σύντομα, ο μαγνήτης φθάνει στο πλησιέστερο σημείο στα πηνία, όπως φαίνεται στο μέρος Β. Σε αυτό το σημείο, το ρεύμα και η τάση είναι στο μέγιστο και ο λαμπτήρας ανάβει στη φωτεινότερη του.

Καθώς ο μαγνήτης συνεχίζει να περιστρέφεται αριστερόστροφα, τώρα αρχίζει να απομακρύνεται από το πηνίο. Το κινούμενο ηλεκτρικό πεδίο συνεχίζει να προκαλεί ρεύμα στο πηνίο, αλλά το ρεύμα (και η τάση) μειώνεται καθώς ο μαγνήτης υποχωρεί μακρύτερα από τα πηνία. Όταν ο μαγνήτης φτάσει στο πλέον απομακρυσμένο σημείο του από τα πηνία, όπως φαίνεται στο τμήμα C, το ρεύμα σταματά και ο λαμπτήρας σβήνει.

Καθώς ο μαγνήτης συνεχίζει να περιστρέφεται, τώρα πλησιάζει ξανά στα πηνία.Αλλά αυτή τη φορά, η πολικότητα του μαγνήτη αντιστρέφεται. Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα που προκαλείται στο σύρμα από το κινούμενο μαγνητικό πεδίο είναι προς την αντίθετη κατεύθυνση, όπως φαίνεται στο τμήμα Δ. Για άλλη μια φορά ο λαμπτήρας ανάβει καθώς το ρεύμα που διέρχεται διαμέσου του αυξάνεται.

Και ούτω καθεξής. Με κάθε περιστροφή του μαγνήτη, η τάση ξεκινά από το μηδέν και αυξάνεται σταθερά στο μέγιστο σημείο του, στη συνέχεια πέφτει μέχρι να φτάσει ξανά στο μηδέν. Στη συνέχεια, η διαδικασία αντιστρέφεται, με το ρεύμα να ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση.