Ηλεκτρονικά Βασικά: Τι είναι εναλλασσόμενο ρεύμα; - Οι εναλλασσόμενο ρεύμα

Το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ζωτικής σημασίας για τα ηλεκτρονικά για έναν απλό λόγο: Το ηλεκτρικό ρεύμα στο οποίο μπορείτε να έχετε πρόσβαση συνδέοντας ένα κύκλωμα σε μια πρίζα τοίχου συμβαίνει εναλλασσόμενο ρεύμα.

Το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει συνεχώς σε μία μόνο κατεύθυνση ονομάζεται συνεχές ρεύμα ή DC . Σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος, το ρεύμα προκαλείται από ηλεκτρόνια τα οποία όλοι ευθυγραμμίζονται και κινούνται προς μία κατεύθυνση.

Μέσα από ένα σύρμα που μεταφέρει ένα συνεχές ρεύμα, τα ηλεκτρόνια μεταπηδούν από άτομο σε άτομο ενώ κινούνται προς μία μόνο κατεύθυνση. Έτσι, ένα δεδομένο ηλεκτρόνιο που ξεκινά το ταξίδι του στο ένα άκρο του σύρματος τελικά θα καταλήξει στο άλλο άκρο του σύρματος.

Στο εναλλασσόμενο ρεύμα , τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται μόνο προς μία κατεύθυνση. Αντ 'αυτού, πηγαίνουν από άτομο σε άτομο σε μια κατεύθυνση για λίγο και στη συνέχεια στρέφονται και χτυπούν από άτομο σε άτομο προς την αντίθετη κατεύθυνση. Κάθε τόσο συχνά, τα ηλεκτρόνια αλλάζουν κατεύθυνση. Σε εναλλασσόμενο ρεύμα, τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται σταθερά προς τα εμπρός. Αντ 'αυτού, απλά μετακινούνται προς τα εμπρός και πίσω.

Όταν τα ηλεκτρόνια σε διεύθυνση εναλλαγής ρεύματος εναλλασσόμενου ρεύματος, η κατεύθυνση του ρεύματος και η τάση του κυκλώματος αντιστρέφεται. Στα δημόσια συστήματα διανομής ισχύος στις Ηνωμένες Πολιτείες (συμπεριλαμβανομένου του ρεύματος των νοικοκυριών), η τάση αναστρέφεται 60 φορές ανά δευτερόλεπτο. Σε ορισμένες χώρες, η τάση αντιστρέφεται 50 φορές ανά δευτερόλεπτο.

Ο ρυθμός με τον οποίο το εναλλασσόμενο ρεύμα αντιστρέφει την κατεύθυνση ονομάζεται συχνότητα , εκφρασμένη σε httz. Έτσι, το συνηθισμένο ρεύμα των νοικοκυριών στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι 60 Hz.

Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, η τάση και επομένως το ρεύμα αλλάζουν συνεχώς. Ωστόσο, η τάση δεν αντιστρέφει αμέσως την πολικότητα. Αντ 'αυτού, η τάση αυξάνεται σταθερά από το μηδέν μέχρι να φτάσει σε μια μέγιστη τάση, η οποία καλείται τάση κορυφής .

Στη συνέχεια, η τάση αρχίζει να μειώνεται ξανά στο μηδέν. Η τάση στη συνέχεια αντιστρέφει την πολικότητα και πέφτει κάτω από το μηδέν, και πάλι κατευθύνεται προς την τάση αιχμής αλλά αρνητική πολικότητα. Όταν φτάσει στην κορυφή αρνητική τάση, αρχίζει να αναρριχείται πάλι μέχρι να φτάσει στο μηδέν. Στη συνέχεια, ο κύκλος επαναλαμβάνεται.

Η ταλαντευόμενη αλλαγή τάσης είναι σημαντική λόγω της βασικής σχέσης μεταξύ μαγνητικών πεδίων και ηλεκτρικών ρευμάτων. Όταν ένας αγωγός (όπως ένα καλώδιο) κινείται μέσω ενός μαγνητικού πεδίου, το μαγνητικό πεδίο προκαλεί ρεύμα στο σύρμα. Αλλά εάν ο αγωγός είναι ακίνητος σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο, δεν προκαλείται ρεύμα.

Η σωματική κίνηση δεν είναι απαραίτητη για τη δημιουργία αυτού του αποτελέσματος. Αν ο αγωγός παραμείνει σε σταθερή θέση αλλά η ένταση του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται ή μειώνεται (δηλαδή, αν το μαγνητικό πεδίο επεκτείνεται ή συστέλλεται), ένα ρεύμα προκαλείται στον αγωγό το ίδιο σαν να σταθεροποιήθηκε το μαγνητικό πεδίο και ο αγωγός κινήθηκε φυσικά σε όλο το πεδίο.

Επειδή η τάση σε ένα εναλλασσόμενο ρεύμα είτε αυξάνεται είτε μειώνεται καθώς η πολικότητα μεταβάλλεται από θετική σε αρνητική και πάλι πίσω, το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει το ρεύμα είτε πάντα καταρρέει είτε επεκτείνεται. Έτσι, αν τοποθετήσετε έναν αγωγό μέσα σε αυτό το επεκτεινόμενο και καταρρέον μαγνητικό πεδίο, θα προκαλείται εναλλασσόμενο ρεύμα στον αγωγό.

Φαίνεται σαν μαγικό! Με εναλλασσόμενο ρεύμα, είναι δυνατόν το ρεύμα σε ένα σύρμα να προκαλέσει ρεύμα σε γειτονικό σύρμα, παρόλο που δεν υπάρχει φυσική επαφή μεταξύ των συρμάτων.

Η κατώτατη γραμμή είναι η εξής: Εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ενός μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου και η αλλαγή μαγνητικών πεδίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία εναλλασσόμενου ρεύματος. Αυτή η σχέση μεταξύ εναλλασσόμενου ρεύματος και μαγνητικών πεδίων καθιστά δυνατές τρεις σημαντικές συσκευές:

• Εναλλάκτης: Μια συσκευή που παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα από μια πηγή περιστροφικής κίνησης, όπως ένας στρόβιλος που τροφοδοτείται από ρέον νερό ή ατμό ή ανεμόμυλο. Οι εναλλάκτες λειτουργούν με την περιστροφική κίνηση για να περιστρέψουν έναν μαγνήτη που τοποθετείται μέσα σε ένα πηνίο σύρματος. Καθώς ο μαγνήτης περιστρέφεται, κινείται το μαγνητικό του πεδίο, το οποίο προκαλεί ένα εναλλασσόμενο ρεύμα στο συσπειρωμένο σύρμα.

• Κινητήρας: Το αντίθετο από εναλλάκτη. Μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε περιστροφική κίνηση. Στην απλούστερη μορφή του, ένας κινητήρας είναι απλά ένας εναλλάκτης που συνδέεται προς τα πίσω. Ένας μαγνήτης τοποθετείται σε έναν άξονα που μπορεί να περιστραφεί. ο μαγνήτης τοποθετείται μέσα στις σπείρες ενός πηνίου σύρματος.

  Όταν εφαρμόζεται εναλλασσόμενο ρεύμα στο πηνίο, το ανερχόμενο και πτώσιμο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το ρεύμα προκαλεί την περιστροφή του μαγνήτη, η οποία μετατρέπει τον άξονα.

• Μετασχηματιστής: Αποτελείται από δύο πηνία συρμάτων τοποθετημένα σε κοντινή απόσταση. Εάν τοποθετηθεί εναλλασσόμενο ρεύμα σε ένα από τα πηνία, το συνεπτυγμένο και επεκτεινόμενο μαγνητικό πεδίο θα προκαλέσει εναλλασσόμενο ρεύμα στο άλλο πηνίο.