Постійний струм: історія відкриття та вивчення явища, застосування в сучасному світі

Електрика в стародавньому світі

Ще давньогрецький філософ Фалес писав про властивості бурштину, потертого шерстю, притягувати дрібні предмети. Але досить довгий час все знання про електрику обмежувалися цим цікавим досвідом. Ніхто не пов`язував з цим явищем природні блискавки, які спостерігаються під час гроз. Подальше вивчення електричного струму, поки без поділу на постійний і змінний, продовжилося лише в XVII столітті. І за пару сотень років учені просунулися дуже далеко.

відкриття явища

У 1600 році був введений термін "електрику", а більш ніж через півстоліття почалося його активне вивчення. Спочатку поділу на постійний і змінний струм не існувало, так що дослідження були несистематично. Перша теорія, що стосується природи електрики, була сформульована в XVIII столітті Бенджамін Франклін, який, втім, залишився в історії в першу чергу як політичний діяч. Трохи пізніше був сконструйований перший конденсатор - так звана Лейденська банку. Проте, вважається, що всерйоз історія дослідження постійного струму почалася з дослідів Гальвані, що стосуються, як не дивно, в першу чергу біології, а не фізики. Знаменитий італієць буквально перевернув науку.

постійний струм

Вивчення постійного струму

Досліди Гальвані стосувалися в першу чергу фізіології. пропускаючи електричний струм через тіло жаби, він зауважив, як її м`язи скорочувалися. Опис цих дослідів зацікавило не лише біологів, а й фізиків. Сам же Гальвані, провівши ще серію досліджень, вважав, що м`язи є чимось на зразок Лейденської банки, або, якщо бути точніше, її батарей. Ці досліди лягли в основу сучасної електрофізіології. Послідовник італійця, його співвітчизник Алессандро Вольта, в 1800 році створив перший блок живлення постійного струму - гальванічний елемент. Англійці Карлейл і Ніколсон повторили досліди свого колеги, прийшовши до висновку, що в певних умовах електрику, пропущене через воду, змушує її розкладатися на складові елементи. Подібні експерименти в кінцевому підсумку дали стимул розвитку хімії. Російські вчені також доклали руку до досліджень - уродженець Санкт-Петербурга Василь Петров в 1803 році описав явище електричної дуги. Однак 9 років по тому це відкриття відбулося знову і було представлено як те, що трапилося вперше. Подальші дослідження вже були спрямовані на вивчення характеристик і законів, керуючих струмом. Паралельно вчені знаходили все нові і нові способи застосування електрики, винаходячи дивовижні прилади, якими людство користується до цих пір.

джерело живлення постійного струму

Характеристики та параметри

Як очевидно з назви, величина постійного струму і його напруга в будь-який момент залишаються незмінними. Незважаючи на те що рух заряджених частинок відбувається безперервно, їх загальна просторове положення залишається стаціонарним. До речі, як не дивно, але з технічної точки зору термін "постійний струм" є некоректним, адже незмінним є не він, а напруга джерела живлення, його електрорушійна сила (ЕРС). Але поняття настільки міцно увійшло у вжиток, що його зміна просто неможливо уявити. Отже, головною ознакою цього різновиду залишається відсутність зміни полярності напруги на джерелі живлення. Постійний струм має низку параметрів, які, зрозуміло, властиві й іншим типам:

  • Сила або величина (I). Показує кількість струму, що протікає через поперечний переріз провідника за одиницю часу. Вимірюється в амперах.
  • Щільність (F). Ставлення сили струму до площі поперечного перерізу провідника. Одиниці виміру - А / мм2.
  • Напруга (V). Ця фізична величина показує роботу джерела електроенергії при перенесенні заряду по відношенню до її величині. Вимірюється в вольтах.
  • Електрична потужність (P). Позначає швидкість передачі або перетворення електроенергії. Одиниця - ват.
  • Опір (R). Ця величина характеризує властивість провідника перешкоджати проходженню струму. Вимірюється в Омасі.




підсилювачі постійного струму

Закони та формули

Всі вищеназвані величини безпосередньо пов`язані один з одним, і практично будь-яка з них може бути виражена через інші. У шкільному курсі фізики це докладно вивчається, але не зайвим буде повторити все знову. Найпростішими прикладами формул можуть бути наступні:

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

застосування постійного струму

Зрозуміло, багато хто пам`ятає і про закон Ома, хоча не всі зможуть його сформулювати. Він застосуємо і до постійного струму і описує залежність ЕРС джерела або напруги і сили від опору. Мовою формул це виглядає так:

  • U = IR. Тобто різниця потенціалів між початком і кінцем провідника дорівнює добутку сили струму і опору.

У тому числі і з цим законом пов`язана ще одна важлива залежність. Вона описує перехід електричної енергії в теплову при передачі. Іншими словами, мова йде про втрати потужності у вигляді нагріву проводів. Ця залежність називається законом Джоуля-Ленца і описується так:

  • Q = I2Rt,

де Q - виділяється теплота, I - сила струму, R - опір, а t - проміжок часу.

Ця формула працює тільки для постійної різновиди. Тобто вона може бути застосована тільки для окремого випадку, в той час як для змінного вона буде виглядати дещо складніше.

постійний і змінний струм

Відмінності від інших видів

Якщо розглянути графіки основних типів електроструму, то ніяких питань не виникне. Лінія постійного буде прямий, що залишається на одному рівні з плином часу, змінного - пилкоподібної. На відміну від останнього, перший не володіє таким параметром, як частота, вірніше, в цьому випадку вона є нульовою. Крім того, напрямок постійного струму не змінюється з часом. Різниться і позначення - DC (direct current) і AC (alternating current). Як неважко здогадатися, перший - це постійний, а другий - змінний. До того ж останній різновид може бути як одно-, так і трифазної. У цьому і полягають основні відмінності.

Джерела і підсилювачі

Зрозуміло, постійний струм не береться з нізвідки. Існують спеіцальние прилади, які його генерують. Це звичайні батарейки, акумулятори та інші сучасні джерела. Першим з них був той самий гальванічний елемент Вольта. Але іноді ток потрібно не тільки генерувати, а й посилювати. Для цього теж є спеціальні пристрої - підсилювачі постійного струму (ППС). Ці прилади необхідні для того, щоб підвищувати напругу. Підсилювач в повному сенсі можна назвати УПТ, якщо його робочий діапазон включає всі частоти, аж до найнижчих, і нульову. Ці пристрої дуже затребувані і широко використовуються в багатьох областях електроніки, так що їх розвиток і вдосконалення відбувається безперервно.

електричний струм

Застосування в сучасному світі

Він повсюдно. Будь-які сучасні прилади, що працюють як від мережі, так і від акумуляторів, використовують постійний струм. У першому випадку пристрій передбачає спеціальний елемент, що перетворює електрику з одного різновиду в іншу. У другому ж в джерелі живлення відбувається хімічна реакція, яка підтримує напругу незмінним. Здавалося б, що в цьому випадку простіше було б, якби в мережі був постійний, а не змінний струм, але це не так. Другий різновид простіше виробляти, а також його не доводиться перетворювати для роботи трансформаторів. А пристрої, що дозволяють з змінного отримувати постійний називаються випрямлячами, хоча прилади, які проводять зворотну дію, - инверторами. Знайшов своє застосування цей вид струму та в електрохімії, деяких видах зварювання, обробки металів, медицині і багатьох інших областях. Він дійсно всюди, і іноді це здається справжнім дивом, адже все починалося зі звичайного бурштину.


» » Постійний струм: історія відкриття та вивчення явища, застосування в сучасному світі