Постійний та змінний струм: в чому різниця?

Електричний струм заряджає наші смартфони, забезпечує роботу побутової техніки, освітлення та промислового обладнання. Проте не весь струм однаковий. Існують два основні види — постійний струм і змінний струм.

Наприклад, коли ми вставляємо зарядний пристрій у розетку, а потім підключаємо до нього телефон, відбувається цікаве перетворення. У домашній електромережі використовується змінний струм (що періодично змінює напрямок і величину), а для заряджання більшості електронних пристроїв потрібен постійний струм (що рухається в одному напрямку).

У цій статті ми розглянемо, чим вони відрізняються, як позначаються, де використовуються, за якими законами описуються та як можна перетворити один вид струму на інший.

Що таке постійний струм?

Постійний струм — це електричний струм, напрямок якого не змінюється з часом.

У найпростішому випадку постійними залишаються і напрямок, і величина сили струму. Такий струм виникає тоді, коли електричні заряди рухаються переважно в одному напрямку.

Англійською постійний струм називають Direct Current, тому часто використовується скорочення DC.

Основними джерелами постійного струму є:

• батарейки;

• акумулятори;

• сонячні батареї;

• блоки живлення після перетворення струму;

• USB-порти та інші джерела живлення для електроніки.

Наприклад, смартфон працює від акумулятора, який забезпечує постійний струм. Саме тому зарядний пристрій не просто передає електроенергію з розетки, а також перетворює змінний струм електромережі на постійний, необхідний пристрою.

Як позначається постійний струм?

Постійний струм позначають:

• DC (Direct Current);

• символом ⎓ або позначенням у вигляді суцільної лінії над пунктирною.

На електронних пристроях також можуть зустрічатися позначення на кшталт: 5 V ⎓

Це означає, що пристрій використовує постійну напругу 5 вольтів.

Але не плутайте поняття «постійний струм» і «постійна напруга». Адже струм вимірюється в амперах, а напруга — у вольтах.

Закон постійного струму

Для ділянки електричного кола з постійним струмом одним із найважливіших є закон Ома: I = U / R, де:

I — сила струму, вимірюється в амперах;

U — напруга, вимірюється у вольтах;

R — електричний опір, вимірюється в омах.

Із закону Ома випливає, що за незмінного опору сила струму залежить від напруги: що більшою є напруга, то більшою буде сила струму.

Наприклад, якщо до провідника з опором 10 Ом прикласти напругу 20 В, сила струму становитиме: I = 20 / 10 = 2 А

Для розрахунку потужності в колі постійного струму також використовують формулу: P = UI, де P — це потужність у ватах.

Де використовується постійний струм?

Постійний струм особливо важливий для електронних пристроїв. Він використовується в:

• смартфонах;

• ноутбуках;

• планшетах;

• батарейках;

• акумуляторах;

• автомобільних акумуляторах;

• портативній електроніці;

• сонячних панелях;

• USB-пристроях;

• багатьох електронних схемах.

Наприклад, акумулятор автомобіля виробляє постійний струм, хоча в самому автомобілі можуть використовуватися різні системи перетворення електроенергії.

Як виміряти постійний струм?

Для вимірювання постійного струму зазвичай використовують амперметр або мультиметр.

Щоб виміряти силу струму мультиметром, потрібно:

1. установити режим вимірювання постійного струму — A⎓ або DCA;

2. обрати відповідний діапазон вимірювання;

3. правильно підключити щупи до мультиметра (це потрібно робити послідовно, щоб струм проходив через вимірювальний прилад);

4. зчитати значення на екрані.

Важливо: неправильне підключення мультиметра в режимі вимірювання струму може призвести до короткого замикання або пошкодження приладу; якщо ви не впевнені у своїх діях, не варто експериментувати з побутовою електромережею!

Що таке змінний струм?

Змінний струм — це електричний струм, величина та напрямок якого періодично змінюються з часом.

Англійською його називають Alternating Current, тому використовується скорочення AC.

У більшості сучасних електромереж змінний струм змінюється за синусоїдальним законом. Це означає, що його значення плавно змінюється з часом.

Змінний струм використовується в електромережах тому, що його зручно перетворювати на різні рівні напруги за допомогою трансформаторів. Це значно полегшує передавання електроенергії на великі відстані.

Хто винайшов змінний струм?

Принципи використання змінного струму та відповідні електротехнічні системи розвивалися завдяки роботі багатьох учених та інженерів.

Великий внесок у розвиток багатофазних систем змінного струму зробив Нікола Тесла. Його розробки, пов'язані з багатофазними системами та двигунами змінного струму, стали важливою частиною розвитку сучасної електроенергетики.

Проте сучасну електричну систему варто розглядати як результат багаторічної роботи багатьох людей.

Як позначається змінний струм?

Змінний струм позначають:

• AC (Alternating Current);

• символом ~.

Наприклад, позначення 230 V ~ означає змінну напругу 230 вольтів.

Закон змінного струму

Якщо змінний струм змінюється за синусоїдальним законом, його миттєве значення можна записати так: i = Iₘ sin(ωt + φ), де:

i — миттєве значення сили струму;

Iₘ — амплітудне, або максимальне, значення струму;

ω — циклічна частота;

t — час;

φ — початкова фаза.

Для кола змінного струму з активним опором діє співвідношення, подібне до закону Ома: I = U / R

Проте в колах, де є котушки індуктивності або конденсатори, ситуація складніша. У таких випадках потрібно враховувати не лише активний опір, а й повний опір кола — імпеданс: I = U / Z, де Z — повний опір.

У побутовому житті нам зазвичай не потрібно виконувати такі складні розрахунки, але саме ці закони допомагають пояснити роботу багатьох електричних пристроїв.

Де використовується змінний струм?

Змінний струм використовується переважно для виробництва, передавання та розподілу електроенергії. Його можна зустріти:

• у домашніх електромережах;

• у розетках;

• на підприємствах;

• у системах освітлення;

• у багатьох електродвигунах;

• у системах передавання електроенергії;

• на електростанціях.

В Україні в побутовій електромережі використовується змінний струм із номінальною частотою 50 Гц. Напруга побутової мережі становить приблизно 230 В.

Чим відрізняється постійний струм від змінного?

Отже, закріпімо пройдений матеріал щодо різниці між постійним струмом і змінним.

Постійний струм:

• напрямок не змінюється;

• скорочення — DC;

• позначення — ⎓;

• основні джерела — батареї, акумулятори, сонячні панелі;

• основне застосування — електроніка, акумуляторні пристрої;

• частота для ідеального постійного струму — 0 Гц.

Змінний струм:

• напрямок періодично змінюється

• скорочення — AC;

• позначення — ~;

• основні джерела — генератори, електромережі;

• основне застосування — передавання та розподіл електроенергії;

• має певну частоту, наприклад 50 Гц.

Як перетворити постійний струм в змінний?

Для перетворення постійного струму на змінний використовують інвертор.

Інвертор — це електронний пристрій, який отримує постійну електричну енергію та формує на виході змінну напругу.

Наприклад, така система може працювати за схемою: акумулятор → постійний струм → інвертор → змінний струм

Інвертори використовують у:

• системах резервного живлення;

• джерелах безперебійного живлення;

• сонячних електростанціях;

• автономних енергетичних системах;

• автомобільних перетворювачах напруги.

Отже, інвертор перетворює електричну енергію з одного виду на інший, причому частина цієї енергії втрачається під час роботи пристрою.

Зворотне перетворення — зі змінного струму на постійний — виконується за допомогою випрямляча. Такий принцип використовується в багатьох зарядних пристроях і блоках живлення.

Популярні питання

1. Який струм в розетці: постійний чи змінний?

У звичайній побутовій розетці використовується змінний струм. В Україні номінальна частота електромережі становить 50 Гц, а номінальна напруга — близько 230 В.

2. Чи можна трансформувати постійний струм?

Звичайний трансформатор працює зі змінним струмом, оскільки для його роботи потрібна зміна магнітного поля. Тому підвищити або знизити постійний струм безпосередньо за допомогою звичайного трансформатора не можна.

3. Як виміряти постійний струм мультиметром?

Потрібно встановити мультиметр у режим A⎓ або DCA, обрати правильний діапазон і підключити прилад послідовно до електричного кола.

4. Як позначається постійний струм на мультиметрі?

Найчастіше використовуються позначення A⎓, DCA або ж символ суцільної та пунктирної лінії.

5. Який струм в акумуляторі: постійний чи змінний?

Акумулятор забезпечує постійний струм. Саме тому акумулятори використовуються для живлення багатьох електронних пристроїв і транспортних засобів.

6. Чому в розетці змінний струм?

Змінний струм зручно використовувати в електроенергетичних системах, оскільки його напругу можна ефективно змінювати за допомогою трансформаторів. Це дозволяє передавати електроенергію на великі відстані, а потім знижувати напругу до необхідного споживачам рівня.

7. Як отримати змінний струм?

Змінний струм можна отримати за допомогою генератора, який перетворює механічну енергію на електричну. Також змінний струм можна отримати з постійного струму за допомогою інвертора.

Якщо розібратися в основних поняттях і поступово переходити від простого до складного, електрика більше не здаватиметься вам складною темою, а стане зрозумілою та цікавою.

Якщо вам потрібна допомога з вивченням шкільної програми, розв'язуванням задач або складними темами, необхідними для підготовки до НМТ з фізики, заняття з репетитором фізики можуть стати вам у пригоді.