如今生活中两种基本的用电方式有交流电和直流电,动力设备几乎用交流电,移动设备几乎用直流电。
说来说去,交流电和直流电有何区别?
说到交流电,印象深刻的就是它有固定频率,无论工业电还是民用电,在我国固定频率为50赫兹。频率的概念应该都有大概认知,单位时间内完成周期性变化次数,属于描述周期运动频道程度的量。又因为呈周期性变化,根据频率与周期的关系可知,周期T为0.02s。
交流电正弦波图从数学角度看,呈周期性变化的物理量都有函数关系,例如正弦函数、余弦函数等,而交流电最经典的函数关系就是呈正弦函数变化,故称为正弦交流电。正弦交流电指电路中的电压、电势、电流大小和方向都随时间按正弦函数规律变化。除此之外,只要电流方向发生变化,也可统称为交流电。从图中的正弦函数图可知,在周期0-π区间,电路中的电压、电流、电势大小发生变化,方向不变,在π-2π区间,它们大小方向都发生变化。在0-2π区间,例如我们民用电V,说的是电压有效值,而从正弦函数趋势看,有个峰值电压,为有效值的根号2倍,约V。
图中有三个电势,因为交流发电机有定子绕组,可产生固定旋转方向的旋转磁场。线圈在磁场中旋转,导线切割磁力线产生感应电动势。如果用三个线圈在空间位置互成度,三个线圈在磁场中旋转速度一定是相同的,定会感应出三个频率相同的感应电动势。故产生的电流也是正弦变化,称为三相正弦交流电。由感应电动势E=BLV可知,线圈旋转过程速度不变,切割磁力线导体长度不变,只有磁感应强度发生变化。因此电动势发生变化。从典型的正弦波交流电函数可知,电势从零开始增加到峰值,随后又下降到零,随后又改变方向从零增加到峰值,又降低到零电势。造成这样的变化主要是磁感应强度发生改变,因此任何一相线圈的感应电动势的大小和方向随着时间做周期性变化。
从描述可知,电势在不断变化为什么灯泡不会熄灭?其实有熄灭这个点,只是经过这个熄灭的时间极短肉眼看不清。由于变化周期时间0.02S就变化50次,每次变化时间需0.4ms,而且又是连续运转的,根本肉眼是无法看清楚灯泡熄灭的这个点。
理解可以看成水车,水车把地处的水运单高处,转动越难,成为断续运水,转的越快,只看到高处不停的有水运上来,达到肉眼无法识别高处水是否有停歇时,给我们印象就是在连续的运水。其实这个过程依旧还是有停歇时间的,只是停歇时间太短暂了。交流电也是如此,由于在极短时间变化次数多,肉眼无法辨别,则看不出灯泡有熄灭现象。
直流电的大小和方向不随时间变化而变化,肯定是直流电。除此之外,电流大小随时间变化,方向保持不变,也是直流电,这就是脉动直流。例如常见的干电池就是脉动直流,电压随使用时间而降低,但方向一直恒定不变。
交流电在应用过程中的识别,可以通过电笔测试,氖灯两端发光为交流,否则是直流。可用指针式万用表辨别,在交流档位有数值显示,说明是交流电。可用数字万用表辨别,交流档位测试有数值,直流档位没有则为交流电。如果用交流档位测量数值小,直流档位测量数值大,也为直流电。导致这样的现象就是直流电不纯,还有交流电成分。
电阻是电路中常用元件,如同小溪里的石头。小溪里石头要消耗水的动能。电势获得是基于电磁感应原理,电势差是因为电路中存在不同电势。水势能处于位置越高,水势能越大。一旦将高处的水往地处泄放,由于形成落差,水势能将变换为动能。一旦经过途中遇到阻碍物体,如石头,就会消耗动能。因此,电阻就是电路中的“障碍物”,来消耗电路中的电能。不仅起到阻碍,还可以用于电路的分压、限流。