|
جریان مستقیم ومتناوب :
الکتریسیته به دوطریق تولید میشود که هرکدام ازآنها درموقعیتهای مختلف و برای اهداف گوناگون استفاده میشوند. این دونوع الکتریسیته همانطورکه دربخش معکوس سازی وبرگرداندن ولتاژ مورد بحث قرارمیگیرد میتوانند به یکدیگر تبدیل شوند.
اولین وساده ترین نوع جریان الکتریسیته جریان مستقیم نامیده میشود که به اختصار آنرا DC مینامیم. یک الکتریسیته ساکن که توسط باتری تولید میشود. ولتاژی ایجاد میگردد واحتمالاً ذخیره میشود تا زمانی که مداربرقرار شود. دراین هنگام جریان به طورمستقیم ودر یک جهت تحت یک ولتاژ ثابت ومعین جاری میشود.( جریانی بسیارساده ولی به اندازه کافی مطلوب برای نیازهای ما) وقتی که شما از یک چراغ قوه ، رادیوی جیبی ، واک من ویا هروسیله قابل حمل ونقلی که با باتری کارمیکند استفاده میکنید، جریان مستقیم را بکارگرفته اید. اکثرمدارهای جریان مستقیم ولتاژ پایینی دارند مثلاً ولتاژباتری اتومبیل شما تقریباً 12 ولت است که معمولاً بیشترین ولتاژجریان مستقیمی است که اکثرمردم استفاده میکنند.
|
یک جریان 12 ولت مستقیم ایده آل.مقدارولتاژمثبت درنظرگرفته میشود زیراپتانسیل آن نسبت به زمین (که صفردرنظرگرفته میشود) سنجیده میشود.
این دیاگرام بامقیاسی مشابه با دیاگرام جریان متناوب که درزیرمی آید ترسیم شده است.
|
نوع دیگر الکتریسیته جریان متناوب یا AC نامیده میشود. این الکتریسیته ای است که شما ازدیوارخانه تان (شهر) دریافت میکنید وبرای غالب وسایل خانگی ازآن استفاده میکنید. توضیح دادن این جریان به سادگی جریان مستقیم نیست. الکتریسیته با یک ولتاژثابت تولید نمیشود بلکه تحت یک موج سینوسی باگذشت زمان ازصفرشروع شده وبه یک مقدارماکزیمم میرسد وسپس به کمترین مقدار نزول میکند و این پروسه تکرار میشود. نمونه ای ازولتاژیک جریان متناوب درطول زمان در تصویر پایین نمایش داده شده است.
معمولاً مدارهای جریان مستقیم فقط با ولتاژ بیان میشوند ولی مدارهای جریان متناوب نیاز به جزییات بیشتری دارند. اول اینکه اگر ولتاژازیک مقدارمثبت به یک مقدارمنفی برسد وبرگردد، درباره ولتاژ چه میگوییم؟ آیا میگوییم که ولتاژ صفراست چون میانگین آن صفر است؟ بااین بیان بنظرمیرسد که هیچگونه انرژی منتقل نمیشود ولی یک موج راتصور کنید که ازروی سطح دریا بلند میشود به نقطه اوج میرسد وفرود می آید. آیا میتوان گفت که فرازوفرود این موج یکدیگرراخنثی میکنند؟ البته خیر. زیرا بوضوح موج وجود دارد ودارای انرژی میباشد. همین تعبیردرمورد الکتریسیته متناوب صادق است.
راهی که برای اندازه گیری انرژی یک موج AC دردنیای علم امروزوجود دارد بنام " ریشه میانگین مربعات" RMS خوانده میشود. به بیان ساده تر RMS عبارت ازعددی است که معرف همان مقدارانرژی است که یک موج DC با همان ولتاژ تولید میکرد وماهیتاً مقدارمتوسط یک موج متناوب میباشد. هرکجا که مشخصه ای از یک موج متناوب دیدید ، به شما اندازه RMS داده میشود مگراینکه خلاف آن به شما گفته شود. بنابراین بطورمثال درایران اکثرخانه ها ازبرق 220 ولت متناوب استفاده میکنند که معادل انرژی یک جریان 220 ولت مستقیم میباشد. دیگر نقاط دنیا ازولتاژهای مختلفی (بین 100 تا 240 ولت متناوب) استفاده میکنند والبته تجهیزات سنگین ازولتاژهای بالاتر استفاده مینمایند.
دیگرمشخصه کلیدی جریان متناوب ، فرکانس است که برحسب تعداد سیکل درثانیه CPS ویا به عبارت متداولتر"هرتز" HZ بیان میشود. این عدد بیان میکند که درطول یک ثانیه ، چندبارولتاژازمثبت به منفی وبرعکس تغییرمیکند تا سیکل خود را کامل کند. درایران استاندارد فرکانس 50 هرتزاست ومعنای آن اینست که دریک ثانیه 50 بارمقدارولتاژازمثبت به منفی تغییرمیکند ومجدداً باز میگردد. دردیگرنقاط دنیا این استاندارد 50 یا 60 هرتزاست.
|
نمایش 3 سیکل ازیک موج ایده آل 220 ولت متناوب بافرکانس 50 هرتزدرایران (رنگ سیاه)
|
دقت کنید که هرسیکل معرف 20 میلی ثانیه است (50/1 ثانیه ) منحنی بطورواقعی از310- ولت شروع میشود و تا310+ ولت با یک خط افقی سبزنشان داده شده است.RMS ادامه می یابد تا بتواند میانگین220 ولت را بدهد.
برای درک مفهوم RMS به مناطق آبی رنگ توجه کنید که بیانگرمجموع انرژی حاصله دریک سیکل میباشد. مناطق سبزرنگ معرف محدوده بین خط RMS و خط صفر برای یک سیکل میباشد ومعرف انرژی معادل برای یک سیگنال 220 ولت مستقیم است. تعریف RMS چیزی است که مناطق سبزو آبی رنگ را با هم مساوی میکند. (این دیاگرام با مقیاس مساوی نمودارجریان مستقیم که دربالا آمده ، ترسیم شده است)
چرا برق استاندارد فقط به شکل جریان متناوب انتشارمی یابد؟ دلایل متعددی وجود دارد ولی یکی ازمهمترین آنها اینست که یک سیگنال AC به آسانی قابلیت تبدیل یک سطح ولتاژ به سطح دیگررا با استفاده ازیک ترانسفورماتور دارا میباشد درحالیکه ترانسفورماتوردرجریان مستقیم کارنمیکند. این قابلیت به شرکتها اجازه میدهد که الکتریسیته را با راندمان بیشتری تولید و توزیع کنند. آنها الکتریسیته را با ولتاژ بالا درمسافتهای طولانی ارسال میکنند وبه این ترتیب اتلاف انرژی ناشی ازمقاومت سیمهای انتقال کاهش می یابد. دلیل دیگراینست که تولید جریان متناوب بطریق مکانیکی ساده ترازجریان مستقیم میباشد.
کامپیوترها فقط ازجریان مستقیم استفاده میکنند ومعنای آن اینست که برق متناوب تولیدی توسط شرکتهای نیروباید قبل ازاستفاده به برق مستقیم تبدیل شود که این ، اولین عملکرد منبع تغذیه شما میباشد.
|