Dans le monde moderne, chaque personne est exposée à l'électricité depuis son enfance. La première mention de ce phénomène naturel remonte à l'époque des philosophes Aristote et Thalès, intrigués par les propriétés étonnantes et mystérieuses du courant électrique. Mais ce n'est qu'au 17ème siècle que de grands esprits scientifiques ont commencé une série de découvertes concernant l'énergie électrique qui se poursuit à ce jour.
La découverte du courant électrique et la création par Michael Faraday en 1831 du premier générateur au monde ont radicalement changé la vie humaine. Nous sommes habitués au fait que nos vies sont facilitées par des appareils qui utilisent de l'énergie électrique, mais jusqu'à présent, la plupart des gens ne comprennent pas ce phénomène important. Pour commencer, pour comprendre les principes de base de l'électricité, il est nécessaire d'étudier deux définitions de base : le courant électrique et la tension.
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Qu'est-ce que le courant et la tension électriques
Électricité est le mouvement ordonné des particules chargées (porteurs de charge électrique). Les porteurs de courant électrique sont les électrons (dans les métaux et les gaz), des cations et des anions (dans les électrolytes), des trous à la conductivité électron-trou. Ce phénomène se manifeste par la création d'un champ magnétique, une modification de la composition chimique ou un échauffement des conducteurs. Les principales caractéristiques du courant sont :
- l'intensité du courant, déterminée par la loi d'Ohm et mesurée en ampères (MAIS), dans les formules est désigné par la lettre I;
- puissance, selon la loi de Joule-Lenz, mesurée en watts (Mar), désigné par la lettre P ;
- fréquence, mesurée en hertz (hertz).
Le courant électrique, en tant que vecteur d'énergie, est utilisé pour obtenir de l'énergie mécanique à l'aide de moteurs électriques, pour obtenir de l'énergie thermique dans des appareils de chauffage, des soudures électriques et des radiateurs, pour exciter des ondes électromagnétiques de différentes fréquences, pour créer un champ magnétique dans des électroaimants et pour obtenir de la lumière l'énergie dans les appareils d'éclairage et divers types de lampes. .
Tension est le travail effectué par le champ électrique pour déplacer une charge de 1 pendentif (CL) d'un point du conducteur à un autre. Sur la base de cette définition, il est encore difficile de comprendre ce qu'est le stress.
Pour que des particules chargées se déplacent d'un pôle à un autre, il est nécessaire de créer une différence de potentiel entre ces pôles (C'est ce qu'on appelle la tension.). L'unité de tension est le volt (À).
Pour enfin comprendre la définition du courant électrique et de la tension, une analogie intéressante peut être donnée : imaginez que la charge électrique est de l'eau, alors la pression de l'eau dans la colonne est la tension, et la vitesse d'écoulement de l'eau dans le tuyau est la force du courant électrique. Plus la tension est élevée, plus le courant électrique est important.
Qu'est-ce que le courant alternatif
Si vous modifiez la polarité des potentiels, la direction du flux de courant électrique change. C'est ce courant qu'on appelle variable. Le nombre de changements de direction sur une certaine période de temps est appelé fréquence et est mesuré, comme mentionné ci-dessus, en hertz (hertz). Par exemple, dans un réseau électrique standard de notre pays, la fréquence est de 50 Hz, c'est-à-dire que la direction du mouvement du courant change 50 fois par seconde.
Qu'est-ce que le courant continu
Lorsque le mouvement ordonné des particules chargées n'a toujours qu'une seule direction, alors un tel courant est appelé constant. Le courant continu se produit dans un réseau à tension constante lorsque la polarité des charges d'un côté et de l'autre est constante dans le temps. Il est très souvent utilisé dans divers appareils et technologies électroniques, lorsque la transmission d'énergie sur une longue distance n'est pas nécessaire.
Sources de courant électrique
Source de courant électrique généralement appelé un appareil ou un appareil avec lequel un courant électrique peut être créé dans un circuit. De tels appareils peuvent créer à la fois du courant alternatif et du courant continu. Selon la méthode de création d'un courant électrique, ils sont divisés en mécanique, léger, thermique et chimique.
Mécanique Les sources de courant électrique convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique.Ces équipements sont de différentes natures. générateurs, qui, du fait de la rotation de l'électroaimant autour de la bobine des moteurs asynchrones, produisent un courant électrique alternatif.
lumière les sources convertissent l'énergie des photons (énergie lumineuse) en électricité. Ils utilisent la propriété des semi-conducteurs pour produire une tension lorsqu'ils sont exposés à un flux lumineux. Les panneaux solaires font partie de ces appareils.
Thermique - convertir l'énergie thermique en électricité en raison de la différence de température entre deux paires de semi-conducteurs en contact - thermocouples. L'amplitude du courant dans de tels dispositifs est directement liée à la différence de température : plus la différence est grande, plus l'intensité du courant est grande. De telles sources sont utilisées, par exemple, dans les centrales géothermiques.
Chimique une source de courant produit de l'électricité à la suite de réactions chimiques. Par exemple, de tels dispositifs comprennent divers types de piles et d'accumulateurs galvaniques. Les sources de courant basées sur des cellules galvaniques sont généralement utilisées dans les appareils autonomes, les voitures, la technologie et sont des sources de courant continu.
Conversion AC en DC
Les appareils électriques dans le monde utilisent du courant continu et alternatif. Par conséquent, il est nécessaire de convertir un courant en un autre ou vice versa.
A partir du courant alternatif, le courant continu peut être obtenu à l'aide d'un pont de diodes ou, comme on l'appelle aussi, d'un "redresseur". Le noyau d'un redresseur est une diode semi-conductrice qui conduit l'électricité dans une seule direction. Après cette diode, le courant ne change pas de sens, mais des ondulations apparaissent, qui sont éliminées à l'aide de condensateurs et autres filtres. Les redresseurs sont disponibles en version mécanique, électrovide ou semi-conducteur.
Selon la qualité de fabrication d'un tel appareil, l'ondulation du courant à la sortie aura une valeur différente, en règle générale, plus l'appareil est cher et meilleur, moins il y a d'ondulation et plus le courant est propre. Un exemple de tels dispositifs sont Alimentations divers appareils et chargeurs, redresseurs de centrales électriques dans divers modes de transport, soudeuses à courant continu et autres.
Les onduleurs sont utilisés pour convertir le courant continu en courant alternatif. De tels dispositifs génèrent une tension alternative avec une sinusoïde. Il existe plusieurs types d'appareils de ce type: onduleurs à moteurs électriques, à relais et électroniques. Tous diffèrent les uns des autres par la qualité du courant alternatif de sortie, le coût et la taille. Un exemple d'un tel dispositif est les alimentations sans interruption, les onduleurs dans les voitures ou, par exemple, dans les centrales solaires.
Où est-il utilisé et quels sont les avantages du courant alternatif et continu
Diverses tâches peuvent nécessiter l'utilisation à la fois du courant alternatif et du courant continu. Chaque type de courant a ses propres avantages et inconvénients.
Courant alternatif le plus souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire de transmettre du courant sur de longues distances. Il est plus opportun de transmettre un tel courant du point de vue des pertes éventuelles et du coût des équipements. C'est pourquoi la plupart des appareils et mécanismes électriques n'utilisent que ce type de courant.
Les maisons d'habitation et les entreprises, les infrastructures et les installations de transport sont situées à distance des centrales électriques, de sorte que tous les réseaux électriques fonctionnent en courant alternatif. De tels réseaux alimentent tous les appareils électroménagers, les équipements industriels, les locomotives des trains. Il existe un nombre incroyable d'appareils fonctionnant sur courant alternatif et il est beaucoup plus facile de décrire les appareils qui utilisent du courant continu.
DC utilisé dans les systèmes autonomes, tels que les systèmes embarqués de voitures, d'avions, de navires ou de trains électriques. Il est largement utilisé dans l'alimentation des microcircuits de divers appareils électroniques, dans les communications et autres équipements, où il est nécessaire de minimiser la quantité d'interférences et de les onduler ou de les éliminer complètement. Dans certains cas, un tel courant est utilisé dans le soudage électrique à l'aide d'onduleurs. Il existe même des locomotives ferroviaires qui fonctionnent sur des systèmes à courant continu. En médecine, un tel courant est utilisé pour introduire des médicaments dans le corps par électrophorèse et à des fins scientifiques pour séparer diverses substances (électrophorèse des protéines, etc.).
Désignations sur les appareils électriques et schémas
Il est souvent nécessaire de déterminer à quel courant l'appareil fonctionne. Après tout, connecter un appareil fonctionnant en courant continu à un réseau électrique en courant alternatif entraînera inévitablement des conséquences désagréables : endommagement de l'appareil, incendie, choc électrique. Pour cela, il est généralement admis conventions pour de tels systèmes et même le codage couleur des fils.
Classiquement, sur les appareils électriques fonctionnant en courant continu, un trait, deux traits pleins ou un trait plein accompagné d'un trait pointillé, situés l'un au-dessous de l'autre, sont indiqués. De plus, un tel courant est marqué d'une désignation en lettres latines CC. L'isolation électrique des fils dans les systèmes à courant continu pour le fil positif est de couleur rouge, le fil négatif bleu ou noir.
Sur les appareils et machines électriques, le courant alternatif est indiqué par l'abréviation anglaise CA ou ligne ondulée. Sur les schémas et dans la description des appareils, il est également indiqué par deux traits : plein et ondulé, situés l'un sous l'autre. Dans la plupart des cas, les conducteurs sont désignés comme suit : la phase est marron ou noire, le zéro est bleu et la masse est jaune-vert.
Pourquoi le courant alternatif est-il utilisé plus souvent
Ci-dessus, nous avons déjà expliqué pourquoi le courant alternatif est actuellement utilisé plus souvent que le courant continu. Et pourtant, regardons cette question plus en détail.
Le débat sur le meilleur courant à utiliser se poursuit depuis les découvertes dans le domaine de l'électricité. Il existe même une "guerre des courants" - la confrontation entre Thomas Edison et Nikola Tesla pour l'utilisation de l'un des types de courant. La lutte entre les adeptes de ces grands scientifiques a duré jusqu'en 2007, lorsque la ville de New York est passée du courant alternatif au courant continu.
La principale raison pour laquelle le courant alternatif est utilisé plus souvent est que la capacité de le transmettre sur de longues distances avec un minimum de pertes. Plus la distance entre la source de courant et le consommateur final est grande, plus la résistance est grande fils et les pertes de chaleur pour leur chauffage.
Afin d'obtenir un maximum de puissance, il faut augmenter soit l'épaisseur des fils (et ainsi réduire la résistance), ou augmenter la tension.
Dans les systèmes à courant alternatif, vous pouvez augmenter la tension avec une épaisseur minimale de fils, réduisant ainsi le coût des lignes électriques. Pour les systèmes à courant continu, il n'existe aucun moyen abordable et efficace d'augmenter la tension. Par conséquent, pour de tels réseaux, il est nécessaire soit d'augmenter l'épaisseur des conducteurs, soit de construire un grand nombre de petites centrales électriques. Ces deux méthodes sont coûteuses et augmentent considérablement le coût de l'électricité par rapport aux réseaux AC.
A l'aide de transformateurs électriques, la tension alternative est efficace (avec une efficacité jusqu'à 99%) peut être modifié dans n'importe quelle direction des valeurs minimales aux valeurs maximales, ce qui est également l'un des avantages importants des réseaux AC. L'utilisation d'un système à courant alternatif triphasé augmente encore l'efficacité, et les machines telles que les moteurs fonctionnant sur courant alternatif sont beaucoup plus petites, moins chères et plus faciles à entretenir que les moteurs à courant continu.
Sur la base de ce qui précède, nous pouvons conclure que l'utilisation du courant alternatif est bénéfique dans les grands réseaux et lors de la transmission d'énergie électrique sur de longues distances, et pour un fonctionnement précis et efficace des appareils électroniques et des appareils autonomes, il est conseillé d'utiliser le courant continu.
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