現代の世界では、子供時代からすべての人が電気にさらされてきました。この自然現象の最初の言及は、電流の驚くべき神秘的な特性に興味をそそられた哲学者アリストテレスとタレスの時代にさかのぼります。しかし、偉大な科学者たちが電気エネルギーに関する一連の発見を始めたのは17世紀になってからであり、それは今日まで続いています。
電流の発見と1831年のマイケルファラデーによる世界初の発電機の作成は、人間の生活を根本的に変えました。電気エネルギーを利用した装置で生活が楽になることに慣れていますが、今までほとんどの人はこの重要な現象を理解していません。まず、電気の基本原理を理解するには、電流と電圧という2つの基本的な定義を研究する必要があります。
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電流と電圧とは
電気 荷電粒子の秩序ある運動です（電荷のキャリア）。電流のキャリアは電子です（金属およびガス中）、陽イオンと陰イオン（電解質中）、電子正孔伝導率の正孔。この現象は、磁場の発生、化学組成の変化、または導体の加熱によって現れます。現在の主な特徴は次のとおりです。
- オームの法則によって決定され、アンペアで測定された電流強度（しかし）、式では文字Iで示されます。
- ジュール-レンツの法則によると、電力はワットで測定されます（火曜日）、文字Pで示されます。
- 周波数、ヘルツで測定（Hz).
エネルギーキャリアとしての電流は、電気モーターを使用して機械的エネルギーを取得し、暖房器具、電気溶接およびヒーターで熱エネルギーを取得し、さまざまな周波数の電磁波を励起し、電磁石に磁場を生成し、光を取得するために使用されます照明器具やさまざまな種類のランプのエネルギー。
電圧 1つのペンダントの電荷を動かすために電界によって行われる仕事です（Cl）導体のあるポイントから別のポイントへ。この定義に基づいて、ストレスが何であるかを理解することはまだ難しいです。
荷電粒子が1つの極から別の極に移動するには、これらの極の間に電位差を作成する必要があります（それがいわゆる緊張です。）。電圧の単位はボルトです（で).
電流と電圧の定義を最終的に理解するために、興味深い類似点を与えることができます。電荷が水であると想像してください。次に、カラム内の水の圧力が電圧であり、パイプ内の水の流れの速度です。は電流の強さです。電圧が高いほど、電流は大きくなります。
交流とは
電位の極性を変えると、電流の流れの方向が変わります。変数と呼ばれるのはこの電流です。特定の期間における方向の変化の数は周波数と呼ばれ、前述のようにヘルツで測定されます（Hz）。たとえば、わが国の標準的な電気ネットワークでは、周波数は50 Hzです。つまり、電流の移動方向は1秒間に50回変化します。
直流とは
荷電粒子の秩序だった動きが常に一方向しかない場合、そのような電流は一定と呼ばれます。直流は、一方と他方の電荷の極性が時間の経過とともに一定である場合、定電圧ネットワークで発生します。これは、長距離のエネルギー伝送が必要ない場合に、さまざまな電子デバイスや技術で非常に頻繁に使用されます。
電流源
電流源 通常、回路内に電流を生成できるデバイスまたはデバイスと呼ばれます。このようなデバイスは、交流と直流の両方を生成できます。電流を生成する方法に従って、それらは機械的、光的、熱的および化学的に分けられます。
機械的 電流源は、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換します。これらの機器にはさまざまな種類があります。 発電機、非同期モーターのコイルの周りの電磁石の回転により、交流電流を生成します。
ライト ソースは光子エネルギーを変換します（光エネルギー）電気に。それらは、半導体の特性を利用して、光線にさらされたときに電圧を生成します。ソーラーパネルはそのようなデバイスの1つです。
熱の -接触する半導体の2つのペア間の温度差による熱エネルギーを電気に変換します-熱電対。このようなデバイスの電流の大きさは、温度差に直接関係しています。差が大きいほど、電流強度が大きくなります。このようなソースは、たとえば地熱発電所で使用されます。
化学 電流源は化学反応の結果として電気を生成します。たとえば、このようなデバイスには、さまざまな種類のガルバニ電池やアキュムレータが含まれます。ガルバニ電池に基づく電流源は、通常、スタンドアロンのデバイス、自動車、テクノロジーで使用され、直流電流源です。
ACからDCへの変換
世界の電気機器は、直流と交流を使用しています。したがって、ある電流を別の電流に、またはその逆に変換する必要があります。
交流から直流を得るには、ダイオードブリッジ、または「整流器」とも呼ばれます。整流器のコアは、一方向にのみ電気を伝導する半導体ダイオードです。このダイオードの後、電流はその方向を変えませんが、リップルが現れます。これは、 コンデンサ およびその他のフィルター。整流器は、機械式、電気真空、または半導体バージョンで利用できます。
そのようなデバイスの製造品質に応じて、出力での電流リップルは異なる値になります。原則として、デバイスが高価で優れているほど、リップルが少なくなり、電流がクリーンになります。そのようなデバイスの例は次のとおりです。 電源装置 さまざまなデバイスや充電器、さまざまな輸送モードの発電所の整流器、DC溶接機など。
インバーターは、直流を交流に変換するために使用されます。このようなデバイスは、正弦波で交流電圧を生成します。そのような装置にはいくつかの種類があります：電気モーターを備えたインバーター、リレーおよび電子。それらはすべて、出力交流の品質、コスト、およびサイズが互いに異なります。このようなデバイスの例としては、無停電電源装置、自動車のインバーター、またはたとえば太陽光発電所のインバーターがあります。
それはどこで使用され、交流と直流の利点は何ですか
さまざまなタスクで、ACとDCの両方を使用する必要がある場合があります。各タイプの電流には、独自の長所と短所があります。
交流電流 長距離に電流を伝送する必要がある場合に最もよく使用されます。損失の可能性と機器のコストの観点から、このような電流を送信する方が便利です。そのため、ほとんどの電化製品やメカニズムはこのタイプの電流のみを使用します。
住宅や企業、インフラストラクチャ、輸送施設は発電所から離れた場所にあるため、すべての電気ネットワークはACです。このようなネットワークは、すべての家電製品、産業機器、電車の機関車に電力を供給します。交流で動作するデバイスの数は信じられないほどあり、直流を使用するデバイスを説明するのははるかに簡単です。
D.C 車、航空機、船、電車の車載システムなどの自律システムで使用されます。さまざまな電子機器のマイクロ回路の電源、通信などの機器で広く使用されており、干渉やリップルの量を最小限に抑えるか、完全に排除する必要があります。場合によっては、そのような電流はインバーターの助けを借りて電気溶接で使用されます。 DCシステムで動作する鉄道機関車もあります。医学では、このような電流は、電気泳動を使用して体内に薬物を導入するため、および科学的な目的でさまざまな物質を分離するために使用されます（タンパク質電気泳動など。).
電化製品および図の指定
多くの場合、デバイスが動作する電流を決定する必要があります。結局のところ、直流で動作するデバイスを交流電気ネットワークに接続すると、必然的に不快な結果につながります：デバイスの損傷、火災、感電。このために、一般的に受け入れられています コンベンション そのようなシステムやワイヤーの色分けにも使用できます。
従来、直流で動作する電化製品では、1本の線、2本の実線、または点線と一緒に上下に配置された実線が示されていました。また、そのような電流はラテン文字で指定されています DC。プラス線のDCシステムのワイヤの電気絶縁は、赤、マイナス線は青または黒に色分けされています。
電気機器および機械では、交流は英語の略語で示されます 交流 または波線。図とデバイスの説明では、実線と波状の2本の線で示されています。ほとんどの場合、導体は次のように指定されます。相は茶色または黒、ゼロは青、地面は黄緑色です。
なぜ交流がより頻繁に使用されるのですか
上記で、直流よりも交流が現在頻繁に使用されている理由についてはすでに説明しました。それでも、この問題をさらに詳しく見ていきましょう。
電気の分野での発見以来、どちらの電流を使用するのが良いかについての議論が続いています。 「電流戦争」のようなものさえあります-あるタイプの電流の使用のためのトーマス・エジソンとニコラ・テスラの間の対立。これらの偉大な科学者の信奉者間の闘争は、ニューヨーク市が直流から交流に切り替えられた2007年まで続きました。
ACがより頻繁に使用される最大の理由は 最小限の損失で長距離に送信する機能。電流源と最終消費者の間の距離が大きいほど、抵抗が大きくなります ワイヤー そしてそれらの加熱のための熱損失。
最大の電力を得るには、ワイヤーの太さを増やす必要があります（そしてそれによって抵抗を減らします）、または電圧を上げます。
ACシステムでは、最小限のワイヤの太さで電圧を上げることができるため、電線のコストを削減できます。直流を使用するシステムの場合、電圧を上げるための手頃で効果的な方法はありません。したがって、そのようなネットワークの場合、導体の厚さを増やすか、多数の小さな発電所を建設する必要があります。これらの方法はどちらも高価であり、ACネットワークと比較して電力コストが大幅に増加します。
電気変圧器の助けを借りて、交流電圧は効果的です（最大99％の効率）は、最小値から最大値まで任意の方向に変更できます。これは、ACネットワークの重要な利点の1つでもあります。三相ACシステムを使用すると、効率がさらに向上し、AC電源で動作するモーターなどの機械は、DCモーターよりもはるかに小さく、安価で、保守が容易です。
以上のことから、大規模なネットワークや長距離の電気エネルギーの伝送には交流電流の使用が有益であり、電子機器や自律型機器の正確かつ効率的な動作には直流を使用することをお勧めします。
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