Как обозначается постоянный ток

Все об электричестве

Время на чтение:

Когда произносят слово «электричество», один человек представит себе обычную бытовую розетку из дома, а другой – высоковольтную линию электропередач. Более продвинутые вспомнят молнию, батарейки и даже сварочный аппарат. Все эти явления и приборы так или иначе связаны с электричеством, основными характеристиками которого, в соответствии с законом Ома, являются сила тока, напряжение и сопротивление. Ток, в свою очередь, бывает постоянным и переменным. В обозначении двух этих видов на схемах возникает еще больше путаницы, чем при поиске ассоциаций со словом «электричество». В этой статье будет рассказано о том, как обозначается постоянный ток, маркируется переменное напряжения и силы постоянного характера, используемые для обозначения на схемах и чертежах.

Физическая сущность течения тока в цепи

Наличие тока в цепи обусловлено направленным перемещением заряженных частиц. В твердых телах течение тока создается движением отрицательно заряженных электронов, в газах и жидкостях – положительными ионами. В таких широко распространенных веществах, как полупроводники, электрический ток возникает при движении частиц – электронов и «дырок» (положительно заряженных частиц, представляющих собой атомы с недостающим количеством электронов на внешних уровнях).

Основными условиями возникновения и существования электрического тока являются:

• Наличие носителей зарядов – перемещающиеся по проводнику, газу или электролиту частицы;
• Создаваемое определенным источником питания электрическое поле – без данного силового поля движение свободных носителей зарядов будет хаотичным, не имеющим определенного направления;
• Замкнутая цепь – направленное движение зарядов возможно только в замкнутых цепях. Так, например, состоящий из источника питания ключа (переключатель) и лампочки накаливания ток будет протекать только тогда, когда ключ, располагающийся в разрыве проводника между одним из полюсов питания и лампой, находится во включенном состоянии, позволяя носителям заряда перемещаться по замкнутой цепи от отрицательного полюса батареи к положительному.

Различные определения

Термин « постоянный ток» используется для обозначения энергосистем, в которых используется только одна полярность напряжения или тока, и для обозначения постоянного, нулевого или медленно меняющегося местного среднего значения напряжения или тока. Например, напряжение на источнике постоянного напряжения постоянно, как и ток через источник постоянного тока . Решение для электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую стационарную форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму составляющей постоянного тока и изменяющейся во времени составляющей с нулевым средним значением; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение или среднее значение напряжения или тока за все время.

Хотя DC означает «постоянный ток», DC часто означает «постоянная полярность». Согласно этому определению, напряжения постоянного тока могут изменяться во времени, что видно по необработанному выходному сигналу выпрямителя или колебаниям голосового сигнала на телефонной линии.

Некоторые формы постоянного тока (например, вырабатываемые регулятором напряжения ) почти не имеют изменений напряжения , но могут иметь изменения выходной мощности и тока.

Как обозначается постоянный ток

Все материалы состоят из атомов, и все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны имеют положительный электрический заряд. Нейтроны не имеют электрического заряда, а электроны имеют отрицательный электрический заряд. Атомы связаны друг с другом мощными силами притяжения, существующими между ядром атомов и электронами в его внешней оболочке.

Когда эти протоны, нейтроны и электроны находятся вместе внутри атома, они стабильны и счастливы. Но, если мы попытаемся отделить их друг от друга, у них начнет проявляться сила взаимодействия, называемая разностью потенциалов.

Теперь, если мы создадим замкнутый контур, эти свободные электроны начнут двигаться обратно к протонам из-за их сил взаимодействия, создающего поток электронов. Этот поток электронов называется электрическим током. Электроны не протекают свободно через контур, так как материал, в котором они перемещаются, создает дополнительное ограничение на поток электронов. Это ограничение называется сопротивлением.

Ко всем электрическим схемам можно применить характеристики, которые состоят из трех отдельных, но очень связанных электрических величин: Напряжение (U), Ток (I) и Сопротивление (R).

Электрическое напряжение

Напряжение (U) — потенциальная энергия источника тока, хранящаяся в виде электрического заряда. Напряжение можно рассматривать как силу, которая толкает электроны через проводник, и чем больше напряжение, тем больше его способность «толкать» электроны по заданной схеме. Поскольку энергия имеет способность выполнять работу, эту потенциальную энергию можно описать как работу (в джоулях), требуемую для перемещения электронов в виде электрического тока вокруг контура от одной точки или узла, к другой.

Разность напряжений между любыми двумя точками цепи, соединениями или переходами (называемыми узлами) известна как разница потенциалов, обычно называемая «падение напряжения».

Падение напряжения между двумя точками, измеряется как и напряжение в вольтах (В) и обозначается символом U, хотя для обозначения генерируемой э.д.с. (электродвижущей силы) иногда используется E. Соответственно, чем больше электродвижущая сила (э.д.с.) источника, тем большую работу он может совершить по перемещению заряда внутри цепи.

Источник тока, в котором с течением времени не изменяется его направление и величина называется источником постоянного тока. Если же направление и величина тока периодически изменяется со временем, то такой источник называется источником переменного тока. Напряжение измеряется в Вольтах, причем 1 Вольт определяется прохождением тока в 1 А через сопротивление в 1 Ом. Напряжения обычно выражаются в вольтах с префиксами, используемыми для обозначения кратных значений напряжения, таких как микровольты ( мкВ = 10 -6 В ), милливольты ( мВ = 10 -3 В ) или киловольты ( кВ = 10 3 В ). Напряжение может быть положительным или отрицательным.

Батареи или источники питания в основном используются для создания постоянного тока (Direct Current), с величинами напряжений 3.3В, 5В, 12В, 24В и т. д. для применения в электронных схемах и системах. В то время как источники напряжения переменного тока (переменного тока) доступны для внутреннего бытового и промышленного электропитания и освещения, а также для передачи электроэнергии до потребителей. Переменное напряжение сети в России в настоящее время составляет 220 вольт, в странах, таких как Япония и США 110 вольт.

В основной своей массе в электрических схемах применяют небольшие значения напряжений. Самыми распространенными являются: 1.8; 3.3; 5 В.

В основном электрические схемы работают с низковольтными источниками питания от 1,5 до 24В. На электрических схемах источник постоянного напряжения обозначается со знаками «плюс» и «минус». Знаки указывают полярность источника. За направление движения тока принято направление движение положительно заряженных частиц.

Обозначение источников питания на электрических схемах

Простая взаимосвязь между резервуаром воды и источником питания. Чем выше резервуар для воды над выпускным отверстием, тем больше давление воды, поскольку больше энергии высвобождается, и, соответственно, чем выше напряжение источника, тем больше потенциальная энергия и тем больше электронов высвободится.

Напряжение всегда измеряется между любыми двумя точками в цепи и обычно оно называется «падение напряжения». Обратите внимание, что напряжение может существовать в цепи без тока, но ток не может существовать без напряжения, и, также, любой источник напряжения, независимо от того, постоянный он или переменный не выдерживает короткого замыкания и может быть испорчен.

Электрический ток

Электрический ток – это упорядоченное движение или поток заряженных частиц, измеряется в амперах и обозначается символом «I». Это непрерывный и равномерный поток электронов (отрицательных частиц атома) по электрической цепи, которые приводятся в движение, благодаря источнику напряжения. В действительности движение электронов протекает от отрицательной (-U) клеммы к положительной (+ U) клемме питания, а для облегчения понимания принято, что ток протекает от положительной к отрицательной клемме.

В схемах направление тока через цепь обычно указывают стрелкой, связанной с символом I или i. Эта стрелка указывает общепринятое направление тока и как правило не совпадает с направлением фактического потока.

Общепринятый ток

Как правило, это поток положительно заряженных частиц, от положительного полюса источника к отрицательному. Диаграмма слева показывает движение положительного заряда (дырки) вокруг замкнутого контура, протекающего от положительной клеммы батареи, через цепь и возврат к отрицательной клемме батареи. Этот ток от положительного к отрицательному полюсу источника известен как традиционный или общепринятый ток.

Заходя вперед сразу уточним, что все стрелки на схемах указывающие направление тока, показанные на символах для таких компонентов, как диоды и транзисторы, указывают направление общепринятого тока.

В отличие от общепринятого тока, фактическое движение электронов осуществляется от отрицательного полюса источника питания к положительному.

Электронный поток

Поток электронов в электрической цепи направлен противоположно общепринятому направлению тока. Фактический ток, протекающий в электрической цепи, состоит из электронов, которые текут от отрицательного полюса батареи (катода) и возвращаются назад к положительному полюсу (аноду) батареи.

Это связано с тем, что заряд электрона отрицателен по определению и поэтому притягивается к положительному полюсу. Этот поток электронов называется электронным токовым потоком. Поэтому электроны действительно перемещаются в цепи от отрицательной клеммы к положительной.

Как и общепринятый ток так и электронный токовый поток очень часто упоминается во многих учебных пособиях. На практике же, никакой разницы каким образом течет ток по цепи нет. Направление тока не влияет на то, что происходит в цепи. Но, для понимания все же общепринятый ток от положительного полюса источника к отрицательному полюсу доступнее.

В электронных схемах источником тока является элемент схемы, который обеспечивает заданное количество тока, например, 1A, 5A 10А и т.д. и обозначается символом схемы для источника постоянного тока, заданного как круг со стрелкой внутри, указывающей направление тока.

Ток измеряется в амперах, а ампер определяется как количество заряда (Q в кулонах), проходящих через определенную точку цепи за одну секунду (t в секундах).

Электрический ток обычно выражается в амперах с префиксами, используемыми для обозначения небольших величин токов, например, микроампер (μA = 10 -6 A или мкА ) или миллиампер ( mА = 10 -3 А или мА ). Обратите внимание, что электрический ток может быть либо положительным по значению, либо отрицательным по величине в зависимости от направления потока.

Ток, который течет в одном направлении, называется постоянный ток или часто используемое сокращение DC (Direct Current). Ток, который попеременно меняет направление называется переменным током или АС (Alternating Current). Независимо от того, протекает по цепи переменный ток либо постоянный, когда к нему подключен источник напряжения, он всегда ограничен сопротивлением цепи и самим источником напряжения, создающим этот ток в этой цепи.

Кроме того, т.к. переменный ток изменяется во времени с определенным периодом эффективность его воздействия можно оценить с помощью Среденеквадратического значения (обозначается RMS, Root Mean Squared) тока, что по сути является эквивалентом потери мощности при постоянном токе.

Ток можно рассматривать как поток воды внутри трубы. Чем быстрее поток воды, тем больше ток. Обратите внимание, что ток не может существовать без напряжения, независимо от того, какой источник переменный или постоянный. Также ток может существовать только в замкнутой цепи.

Cопротивление

Сопротивление (R) — это способность материала сопротивляться или предотвращать поток тока или, точнее, поток электрических зарядов внутри схемы. Элемент схемы, который умеет это делать, называется «Резистор».

Резистор — это элемент схемы, единицей измерения которой является 1 Ом, в иностранной литературе обозначается греческим символом (Ω, Omega). Также используются с префиксами, используемыми для обозначения кило-омов (кОм = 10 3 Ом) и Мега-омов (MОм = 10 6 Ом). Обратите внимание, что сопротивление не может быть отрицательным по значению.

Символы резисторов на электрических схемах

Величина сопротивления резистора определяется отношением тока через него к напряжению на нем, которое определяет, является ли элемент схемы «хорошим проводником», т.е. обладает низким сопротивлением или «плохим проводником» — обладает высоким сопротивлением. Низкое сопротивление, например, 1 Ом или менее, подразумевает, что схема является хорошим проводником из материалов, таких как медь, алюминий или углерод, в то время как высокое сопротивление, 1 МОм или более, означает, что схема является плохим проводником из изоляционных материалов, таких как стекло, фарфор или пластика.

С другой стороны, «полупроводник», такой как кремний или германий, представляет собой материал, сопротивление которого находится где-то между сопротивлением хорошего проводника и хорошим изолятором. Отсюда и название «полупроводник». Полупроводники используются для изготовления диодов, транзисторов и др. полупроводниковых элементов.

Сопротивление может быть линейным или нелинейным по своей природе. Линейное сопротивление подчиняется закону Ома, поскольку напряжение на резисторе линейно пропорционально проходящему через него току. Нелинейное сопротивление, не подчиняется закону Ома, но имеет падение напряжения на нем, которое пропорционально току.

Сопротивление не зависит от частоты, т.е. сопротивление при переменном токе соответствует сопротивлению при постоянном токе и, не может быть отрицательным. Помните, что сопротивление всегда имеет положительную величину.

Резистор классифицируется как пассивной элемент схемы и он не может накапливать или отдавать энергию. Резисторы потребляют мощность, которая выделяется как тепло и свет. Потребляемая мощность всегда положительна независимо от полярности и направления тока.

При очень низких значениях сопротивления, например, милли-омах (мОм), иногда намного проще использовать величину обратную сопротивлению (1/R). Обратная величина сопротивления называется Проводимостью и обозначается символом (G) и подразумевает собой способность проводника или устройства проводить электричество.

Высокие значения проводимости подразумевают хороший проводник, такой как медь, в то время как низкие значения проводимости подразумевают плохой проводник, такой как дерево. Стандартной единицей измерения, заданной для проводимости, является Сименс (1См).

Мощность также может быть выражена с помощью проводимости, как: P = I 2 / G = U 2 G .

Зависимость между напряжением (U) и током (I) в цепи с постоянным сопротивлением (R) линейна и пропорциональна значению сопротивления, как показано на графике. В этом можно убедиться, собрав небольшую схему как на рисунке ниже и измерив значения напряжения и тока при заданном сопротивлении цепи R.

Обзор напряжения, тока и сопротивления

Надеюсь, к настоящему моменту вы получили некоторое представление о том, как напряжение, ток и сопротивление тесно связаны друг с другом.

Связь между напряжением, током и сопротивлением составляет основу закона Ома. В линейной цепи с фиксированным сопротивлением, если мы увеличиваем напряжение, ток возрастает, и аналогичным образом, если мы уменьшаем напряжение, ток снижается. Это означает, что если напряжение высокое, ток высокий, и если напряжение низкое, ток низкий.

Аналогично, если мы увеличим сопротивление, ток снизится для заданного напряжения, и если мы уменьшим сопротивление, ток повысится. Итак, если сопротивление высокое – ток небольшой и, наоборот, если сопротивление низкое – ток большой.

Обозначения на схемах и в приборах

Общепринято, что направление электричества идет от контакта со знаком плюс к контакту со знаком минус.

Места с большими потенциалами имеют название «положительный полюс» и обозначаются значком + (плюс). Точки с меньшими потенциалами, соответственно, именуются «отрицательный полюс» и их обозначают знаком — (минус).

Изначально принято, что электроизоляция положительных проводов имеет красный цвет, провода же со знаком «минус» окрашивают в синий или черный цвета.

Условные обозначения на электроприборах: — или =. Однонаправленное электричество (в том числе постоянное) обозначается латиницей DC, или же используется символ Юникода — U+2393.

Аббревиатура AC и DC прочно укоренилась в повседневном обиходе и употребляется наравне с привычными названиями «переменный» и «постоянный»:

• обозначение постоянного напряжения (—) или DC (Direct Current);
• знак переменного тока (

) или AC (Alternating Current) — обозначение переменного тока.

Сварка током обратной полярности

Под сваркой обратной полярности принято понимать сварку, при проведении которой на свариваемую деталь (изделие) подаётся отрицательный заряд от сварочного аппарата, т.е. сварочный кабель соединяет свариваемое изделие с клеммой (–) сварочного аппарата. На электрод же подаётся положительный заряд через электрододержатель, соединённый кабелем с клеммой (+).

При сварке током обратной полярности больше тепла выделяется на электроде, а нагрев детали сравнительно уменьшается. Это позволяет производить более «деликатную» сварку и уменьшает вероятность прожига детали.

Сварку током обратной полярности рекомендуется применять при необходимости сваривания тонких листов металла, нержавеющей, легированной стали, иных сталей и сплавов, чувствительных к перегреву.

Так как переменный ток (AC) наполовину положительный и наполовину отрицательный, его сварочные свойства находятся прямо в середине положительной и отрицательной полярности постоянного тока (DC). Некоторые сварщики выбирают переменный ток (AC), если они хотят избежать глубокого проплавления. Например, при ремонтных работах на ржавых металлах.

Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Понимание направления и полярности сварочного тока важно для правильного выполнения сварочных работ. Знание того, как эти факторы влияют на ваш сварной шов, облегчит вашу работу.

Сварочные материалы и оборудование Вы можете приобрести на нашем сайте — сварочные электроды и сварочное оборудование.

Механизм осуществления постоянного тока

Для постоянного прохождения тока в проводнике следует подсоединить к проводнику или их совокупности устройство, в котором постоянно происходит процесс разделения электрических зарядов для поддержания напряжения в цепи. Данный механизм получил название источника тока (генератора).

Силы, разделяющие заряды, называют сторонними. Они характеризуются неэлектрическим происхождением, действуют внутри источника. При разделении зарядов сторонние силы способны создать разность потенциалов между концами цепи.

Если электрический заряд перемещается по замкнутой цепи, то работа электростатических сил равняется нулю. Отсюда следует, что суммарная работа сил A , действующих на заряд, равна работе сторонних A s t . Определение физической величины, характеризующей источник тока, ЭДС источника ε запишется как:

ε = A q ( 1 ) , где значение q подразумевает положительный заряд. Его движение происходит по замкнутому контуру. ЭДС – это не сила. Единица измерения ε = В .

Природа сторонних сил различна. В гальваническом элементе они являются результатом электрохимических процессов. В машине с постоянным током такой силой является сила Лоренца.

Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель” . Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

что такое диод и как работает диодный мост , ты можешь узнать в моих следующих статьях.