AC / DC - [RS Elektronika] # 3

[0:00]Nie, nie będziemy opowiadać wam o słynnym australijskim zespole rockowym. Będziemy opowiadać o rodzajach prądu elektrycznego. Ale na początek rozwiązanie zagadki z poprzedniego odcinka. Mieliście rację. Wraz z rozgrzewaniem się żarnika żarówki jego rezystancja silnie rośnie. Spowodowane jest to głównie właściwościami materiału, z jakiego żarnik jest wykonany, a także jego specyficzną konstrukcją, która właśnie jest przystosowana do szybkiego rozgrzewania się do wysokiej temperatury. Kiedy mierzymy samą żarówkę omomierzem, prąd płynący przy pomiarze nie rozgrzewa mocno włókna i na zimno ma ono dużo mniejszą rezystancję. No to rozszyfrujmy tytuł tego odcinka. O co tu chodzi? AC to angielski skrót od słów alternating current, czyli prąd przemienny. Natomiast DC oznacza direct current, czyli prąd stały. Zajmijmy się na razie tym drugim.

[0:50]Podział, jakim się dzisiaj zajmujemy, to podział, który mówi nam jak zachowuje się wartość prądu elektrycznego w czasie. Prąd stały, jak sugeruje jego nazwa, nie zmienia się w czasie, a właściwie nie zmienia się jego wartość, czyli natężenie. Przykładem źródła prądu stałego może być bateria, taką jak stosowaliśmy w poprzednim odcinku do pomiarów prądu i napięcia. Bateria taka, kiedy nie jest mocno obciążona, zachowuje się prawie jak źródło idealnego prądu stałego. Jak możemy to zobrazować? Weźmy oscyloskop, nasze centrum pomiarowe. O oscyloskopach i ich obsłudze będziemy jeszcze opowiadać, na razie skupmy się na zobrazowaniu rodzajów prądu. Muszę tylko wyjaśnić, że położenie poziomej linii symbolizuje nam napięcie elektryczne. Tak więc podłączamy naszą baterię do oscyloskopu, a i właściwie co powinniśmy zobaczyć? Powinniśmy zobaczyć płaską linię, tylko nieco podniesioną względem środka ekranu, który symbolizuje nam napięcie 0V, czyli brak napięcia. No i rzeczywiście linię taką widzimy. Oscyloskop podaje nam wartość napięcia baterii w voltach. Po odwróceniu biegunów baterii widzimy, że linia pozioma obniża się poniżej środka ekranu, a oscyloskop pokazuje nam ujemną wartość napięcia. Raczej mało ciekawe. Może i tak, ale to właśnie źródła prądu stałego są najczęściej spotykane w elektronice, ale o tym potem. Opis prądu stałego był bardzo krótki. Natomiast opis prądu zmiennego będzie nieco dłuższy, ponieważ ma on kilka odmian. Zauważmy, że użyłem nazwy prąd zmienny, a nie przemienny, jak to było na początku odcinka. Do prądu przemiennego zaraz dojdziemy. A więc prąd zmienny. Jest to prąd, który może zmieniać się w czasie w sposób w zasadzie dowolny. Przedstawicielem takiego rodzaju prądu może być na przykład przebieg akustyczny ze wzmacniacza. Podpiąłem tym razem do oscyloskopu zamiast baterii wyjście wzmacniacza i widać na oscyloskopie dość chaotyczne przebiegi, zgodne z tym co słyszymy. Przebiegi te nie są w żaden sposób okresowe, czyli nie powtarzają się cyklicznie. Ich wartość zmienia się chaotycznie. Mamy zatem do czynienia z typowym prądem zmiennym. Oprócz takiego typowego, chaotycznego przebiegu, prąd elektryczny może przybierać postać prądu okresowo zmiennego. Tutaj mamy już jakiś porządek, bo wartość takiego prądu powtarza się cyklicznie. Przykładem takiego prądu może być prąd tętniący, taki jak widzimy na oscyloskopie. Natomiast prąd przemienny jest szczególnym przypadkiem prądu zmiennego. Oprócz tego, że jest on okresowo zmienny, to jeszcze jest on symetryczny względem osi poziomej, czyli poziomu zero. Przykładem takiego prądu jest prąd elektryczny, jaki dostarczany jest do naszych domów. Widzimy teraz jego przebieg. Jest to piękna sinusoida symetryczna względem zera. Ale zaraz, mówiliśmy, że najczęściej używanym rodzajem prądu w elektronice jest będzie prąd stały. A tutaj do domu dostarczają nam jakiś prąd przemienny i w dodatku o niebezpiecznie wysokim napięciu 230 V, które, kiedy nie będziemy ostrożni, może nas nawet zabić. Dlaczego? Aby zrozumieć te powody, musimy cofnąć się w czasie aż do XIX wieku. Pod koniec XIX wieku, niekwestionowanym liderem, jeśli chodzi o produkcję prądu elektrycznego był Edison, który promował zasilanie domów i ulic prądem stałym. Tymczasem niejaki Nikola Tesla wraz z George'em Westinghouse'em próbują upowszechnić zasilanie ówczesnych miast prądem przemiennym i w ten sposób rozgorzała tak zwana wojna o prąd. Trzeba od razu powiedzieć, że koncepcja Tesli była znacznie lepsza technicznie i bardziej przyszłościowa. Tymczasem Edison ze swoim prądem stałym, był raczej z góry wskazany na niepowodzenie. Zaraz powiemy dlaczego. Aby powstrzymać Teslę i Westinghouse'a, Edison posuwał się do nieczystych zagrywek, które polegały na kręceniu filmów o zabijaniu zwierząt prądem przemiennym. Oraz apelował do wymiaru sprawiedliwości Stanów Zjednoczonych o użycie prądu przemiennego do zasilania krzesła elektrycznego przy wykonywaniu kary śmierci. I to nawet mu się udało. Czy można było czuć się bezpiecznie, mając świadomość, że w domu płynie ten sam prąd, który służy do zabijania przestępców? Widać, że oprócz przesłanek technicznych ważny był już wtedy dobry PR. Oprócz tego Edison prawdopodobnie doprowadził do spalenia laboratorium Tesli w 1895 roku. Co i tak nie powstrzymało go przed zwycięstwem, bo ostatecznie to prąd przemienny zwyciężył w tej zaciętej wojnie. Na przełomie wieków rząd USA oficjalnie nakazał stosowanie prądu przemiennego w elektryfikacji kraju. Zastanawiacie się zapewne, dlaczego właściwie to prąd przemienny, a nie stały jest używany w energetyce. I dlaczego to on pojawia się w gniazdkach elektrycznych w naszych domach? Aby to wyjaśnić musimy sobie uzmysłowić, że zanim prąd elektryczny zacznie zasilać na przykład nam naszą żarówkę przy biurku, musi przebyć długą drogę z elektrowni, która go wytwarza. W długich przewodach elektrycznych występują duże straty, ponieważ same przewody mają zawsze jakiś opór elektryczny. Kiedy płynie w nich duży prąd, powstają duże spadki napięć i przewody się niepotrzebnie grzeją. Aby zmniejszyć straty, stosuje się podwyższanie napięcia, nawet do miliona V, aby przewody mogły być cieńsze. Jak już wiemy, kiedy napięcie jest wyższe, natężenie może być niższe przy tej samej przesyłanej mocy. A kiedy natężenie prądu jest małe, straty i spadki napięć też są małe. No ale przecież dość kłopotliwe jest ciągłe podwyższanie i obniżanie napięcia, no bo chyba nie chcielibyśmy mieć w domowym gniazdku miliona V. Otóż w przypadku prądu przemiennego jest to dosyć proste. Używa się w tym celu transformatorów, które podwyższają nam napięcie kosztem natężenia albo odwrotnie. O transformatorach będziemy jeszcze opowiadać. Transformator jest dość sprawnym urządzeniem, więc straty są niewielkie. Kiedy używalibyśmy prądu stałego, straty przy przesyle energii do naszych mieszkań byłyby tak ogromne, że cała współczesna energetyka nigdy by nie powstała w kształcie jaki znamy dziś, ponieważ transformator działa tylko przy prądzie przemiennym. Poza tym prąd przemienny możemy łatwo przekształcić w prąd stały, jeśli taki potrzebujemy. Natomiast odwrotne przekształcenie nie jest już takie proste. Pokazałem wam przedtem wykres prądu przemiennego w postaci sinusoidy. Pokażę wam jeszcze dwa inne przebiegi. Zagadka polega na tym, aby napisać jaki rodzaj prądu elektrycznego reprezentuje taki przebieg, a także jak nazywamy takie przebiegi? Piszcie w komentarzach odpowiedzi na zagadkę. Jeśli odcinek się podobał, kliknijcie kciuk w górę pod filmem. Zapraszamy was do oglądania kolejnych odcinków na naszym kanale, no i subskrybowania go. Na kapsel można zamawiać koszulki i gadżety z logiem reduktor szumu. Wpadnijcie na nasz profil RS Elektronika na Facebooku. Piszcie do nas na adres reduktor szumu małpa gmail.com jeśli macie pytania. No i zapraszamy na kolejne odcinki.