Переменный и постоянный ток – в чем разница, характеристики, плюсы и минусы, применение

Сборка даже элементарной электрической схемы не обходится без знания азов электротехники. В первую очередь это тот факт, что в быту есть 2 вида электротока – постоянный и переменный. Разберем, что такое переменный и постоянный ток, в чем разница между ними, какими характеристиками, плюсами и минусами они обладают, а также каковы их источники и где применяются.

Электрический ток – что это такое, виды, характеристики

Направленное движение частиц с зарядом под действием электромагнитного поля называется электрическим током. В металлических и газовых проводниках носителями электрозаряда выступают электроны, а в жидких средах – положительно и отрицательно заряженные ионы. Электродвижущая сила используется повсеместно и разнообразно – от электродвигателя и радиатора отопления до электромагнитных колебаний и микросхем.

Главной движущей силой электричества служит разность потенциалов – величин разноименных зарядов между полюсами. Чем больше его значение, тем сильнее ток. Именуется оно напряжением, отображается в вольтах.

Напряжение неразрывно связано с другими характеристиками электричества – силой тока и сопротивлением. Величины связаны между собой незыблемой закономерностью – формулой Ома.

С точки зрения характера распространения заряженных частиц и стабильности полярности электрический ток делится на 2 вида:

• Постоянный.

Разность потенциалов между контактами создает на одном краю плюсовую полярность, на другом – минусовую. Положение остается стабильным все время – пока сохраняется такая последовательность подключения. При этом направление потока заряженных частиц не меняется.

На схемах и чертежах постоянный ток имеет обозначение в виде прямой черты или DC, а переменный волнистой линией или AC. Применение данной разновидности электротока оправдано, когда требуется передать энергию на минимальное расстояние и мощность не является первоочередным критерием.

• Переменный.

В отличие от постоянного электротока переменный характеризуется сменой полярности с определенной частотой. Например, в привычной бытовой сети такие изменения происходят 50 раз в секунду. В электротехнической терминологии это выражается, как частота 50 Гц.

Передача переменного тока не ограничивается расстоянием, мощностью и большими потерями. Это позволяет использовать его в линиях электропередач. Кроме того, 3-х-фазная сеть удобна для подключения электромоторов.

При сравнении рассматриваемых 2-х видов электротока по главным свойствам проявляются следующие особенности:

1. Направление заряженных частиц у переменного тока изменяется в определенный временной отрезок.
2. Контакты постоянного тока имеют разную полярность – «+» и «-», выводы переменного – это ноль и фаза.
3. Сетевое электричество вырабатывается генераторной установкой, постоянный ток поступает из АКБ, элемента питания или трансформатора.
4. Оба вида тока можно получить путем преобразования одного в другой.

Справка! Постоянный ток не лучше переменного, и наоборот, так как каждый имеет свои плюсы и минусы. Применение той или иной разновидности подбирается по ряду конкретных требований.

Источники тока

Разница между постоянным и переменным током проявляется также в источниках – как правило, они могут производить только один какой-нибудь вид. Чаще всего на практике применяются такие разновидности:

• Механические. Это наиболее распространенный способ по выработке переменного тока как в промышленных масштабах, так и бытовых условиях. Применяются генераторные установки, приводимые в действие различной механической силой – падающей водой (ГЭС), струей пара (ТЭС), или работой ДВС для автономных электрогенераторах.
• Термические. В основе лежит разница нагрева между охлаждаемой и нагреваемой поверхностями специальных термопар. При этом чем выше перепад, тем больше значение силы электротока. Такой принцип производства электричества используется на геотермальных электроустановках.
• Световые. В устройствах с помощью специальных полупроводниковых панелей световая энергия преобразуется в электрическую. Механизм выработки тока лежит в основе создания солнечных батарей.

• Химические. Электричество вырабатывается в ходе химического взаимодействия гальванических элементов с электролитом. Именно такие приборы были своего рода пионерами первых искусственных источников света. Сегодня по подобному принципу работают различные батарейки, аккумуляторы, бесперебойники.

Гальванические элементы электропитания характеризуется мобильностью и автономностью. Именно поэтому они нашли широкое применение – в транспортных средствах, цифровой технике, медицине и проч. Однако они значительно ограничены по времени действия и мощности. Их постоянно требуется подзаряжать.

Плюсы и минусы

В самом упрощенном представлении (для чайников) разница между постоянным и переменным током состоит в возможности получения, накопления и пользования первого из второго. Таким способом идет подзарядка всех современных бытовых приборов – мобильника, ноутбука, бесперебойника котла и т. д.

На заметку! Независимо от того насколько истощен источник постоянного тока, направление движения заряженных частиц в подключенной к нему цепи останется неизменным.

Постоянный электроток обладает таким рядом преимуществ:

• Отсутствие реактивной мощности в цепи, более продуктивный расход энергии.
• Эффективная аккумуляция электроэнергии – с помощью АКБ и конденсаторов.
• Нет задержки или опережения в электроцепи.

Помимо плюсов имеются также некоторые недостатки:

1. Возникновение искрения или замыкании при прерывании цепи – ввиду наличия постоянного напряжения. Это исключено в цепи переменного тока, так как отключение возможно в момент падения характеристики до нуля во время колебаний при смене полярности.
2. Сложность повышения и понижения потенциала. Для подобного преобразования ток сначала требуется перевести в переменный, затем с заданными параметрами обратно в постоянный. Для этого потребуется дорогое оборудование.
3. Усиление электрохимической коррозии при сопутствующих условиях, например, для элементов подземной коммуникации.

Зачастую бытовые приборы работают на постоянном электричестве. Подключаются они при этом от бытовой переменной сети, но в своей конструкции имеют специальный преобразователь для получения тока заданных характеристик.

Применение переменного электротока имеет такой ряд положительных особенностей:

• Возможность транспортировки электроэнергии на большие дистанции с минимальной потерей.
• Доступность преобразования параметров электротока в любом требуемом значении.
• Простота подключения электрооборудования – ввиду отсутствия полярности. Вилку в розетку можно воткнуть любой стороной, чего нельзя сделать в сети постоянного тока.
• Безопасное прерывание электропитания.

Недостатки переменной электросети проявляются в следующем:

1. Возникновение реактивной мощности, из-за чего возрастает расход энергии.
2. Поверхностное вытеснение заряда в проводнике, что снижает полезную площадь сечения, увеличивает сопротивление и приводит к потерям мощности.
3. Необходимость повышения напряжения на линиях электропередач, длиной свыше 500 км.

Обратите внимание! Эффективность эксплуатации переменного тока улучшается при переходе к 3-х-фазным сетям. Требуется меньше проводов, упрощается устройство моторов, уменьшаются размеры трансформаторов.

Применение

Электрический ток называется постоянным, прежде всего, ввиду стабильности полярности, отсутствия перепадов и импульсов. Это свойство позволяет использовать его в различных микросхемах для обеспечения работы электроники и точной техники.

Помимо этого, электричество с таким набором характеристик нашло широкое применения в других областях:

• Электромоторы транспортных средств, подъемников.
• Портативные АКБ бытовых устройств.
• Электролитические промышленные установки.
• Электродуговая и газовая сварка.
• Бортовые электросети.
• Медицинские технологии по внедрению лекарственных препаратов.
• Научно-исследовательские направления.

Переменный электроток находит применение преимущественно в бытовых и промышленных сетях – для подвода электроэнергии к домам, цехам, торговым центрам, больницам и проч. Мощные производственные установки, двигателя, как правило, питаются такой разновидностью электричества.

Коротко о главном

Электроток представляет собой направленное движение электронов и ионов. Движущей силой им служит разность потенциалов. Применяется электричество практически везде – от моторов до микросхем.

Разделяется электрический ток на переменный и постоянный. Различаются они прежде всего тем, что полярность последнего неизменна, а первого – меняется с определенной частотой. На схемах значок постоянного тока выглядит как прямая линия или буквами DC, переменного – волнистая черта или AC.

Источники электротока классифицируются на такие виды:

• Механические. Генераторы ГЭС, ТЭС, автономные.
• Термические. На основе термопар.
• Световые. Солнечные батареи.
• Химические. АКБ, гальванические элементы.

Плюсы постоянного электротока – отсутствие реактивной мощности, аккумуляция, отсутствие опережения, минусы – сложность размыкания, трудность преобразования, усиление коррозии. Достоинства переменного электротока – передача на расстояние, легкость преобразования, подключения и отключения, недостатки – реактивная мощность, вытеснение заряда, необходимость повышения мощности при большой длине ЛЭП.