این مقاله در مورد جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) که دو نوع متفاوت آر جریان الکتریسیته و یا شار الکتریکی هستند می‌باشد.
در جریان مستقیم یا DC بار الکتریکی در یک جهت عبور میکند و در جریان الکتریکی به صورت چرخه‌ای تغییر جهت عوض میکند.. ولتاز در جریان مستقیم معمولاً تغییر نمی‌کند ولی در جریان متناوب جریان گاهی اوقات برعکس می‌شود.
بیشتر وسایل خانگی در ایران با جریان مستقیم (DC) کار می‌کنند. با توجه به آینه سیم کشی خانه‌ها بیشتر با جریان متناوب کار می‌کنند نیاز است که آن را جهت استفاده برای وسایل الکتریکی به جریان مستقیم تبدیل کنید.
جریان AC خاصیت‌های مفیدی از جمله تغییر سطح ولتاژ توسط تنهای قطعه مبدل گونه یا ترانسفورماتور، چیزی که باعث می‌شود ابزار AC اولین انتخاب برای انتقال برق برای فاصله‌های دور باشد.
برای تهیه کابل با قیمت و کیفیت مناسب میتوانید به کارخانه تولید سیم و کابل مراجعه و خرید خود را انجام دهید.
جریان متناوب (AC) چیست؟
همان‌طور که اشاره شد جریان متناوب به این معنی است که شار بار الکتریکی است که به صورت سینوسی و چرخه‌ای جهت عوض میکند. در نتیجه سطح ولتاژ نیز همراه با این جریان چرخه‌ای عوض می‌شود. این جریان برای برق ساختمان‌ها،خانه‌ها و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شار و یا جریان الکتریکی را می‌توان با توجه به شاخه‌های مختلف فیزیک این‌طور بیان کرد که جابه‌جایی یک حجم از کمیتی جابهجا شونده مانند آب، شار الکتریکی و یا جریان الکتریکی از یک سطح خاص در واحد زمان است. در ادامه به توضیح تولید جریان، شکل امواج جریان AC می‌پردازیم.
تولید جریان AC
این جریان با استفاده از دستگاهی به نام متناوب ساز تولید می‌شود. این دستگاه یک ژنراتور الکتریکی مخصوص است که برای تولید جریان‌های متناوب طراحی و تولید می‌شوند.
عملکرد این دستگاه به این صورت است که‌ی حلقه سیم در این دستگاه وجود دارد که درون میدان مغناطیسی چرخانده می‌شود که باعث القای جریان الکتریکی می‌شود. انرژی چرخش این میدان مغناطیسی توسط منابع مختلفی اعم از توربین بخار، توربین باد، جریان آب و یا … تأمین می‌شود. چون این سیم می‌چرخد و به صورت متناوب وارد قطب‌های مختلف مغناطیسی می‌شود در نتیجه جریان و ولتاژ نیز در درون سیم به صورت تناوبی تغییر می‌کنند.
برای تولید AC در مجموعه‌ای از لوله‌های آب، از ویژگی‌های مکانیکی یک پیستون استفاده می‌کنیم که آب را داخل لوله عقب و جلو می‌برد (جریان “متناوب” فرضی ما).
شکل امواج جریان AC
وقتی جریان و ولتاژ به صورت متناوب باشد این جریان می‌تواند طول موج‌های مختلفی تشکیل دهد. اگر به دستگاه نوسان نما را به این جریان متصل کنیم و ولتاژ آن را رسم کنیم متوجه می‌شویم ه در مدت زمان طولانی طول موج‌های مختلفی از امواج را شکل می‌دهد. طول موج سینوسی یکی از متداول‌ترین نوع جریان متناوب است. در بیشتر خانه ها و دفاتر، ولتاژی نوسان کننده دارد که موجی سینوسی تولید میکند.
شکل‌های دیگری نیز از طول موج AC وجود دارد که در موارد مختلف استفاده می‌کنند برای مثال طول موج‌های مربعی اغلب در دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال و سوئیچ دارد استفاده می‌شود و عملکرد آن مورد آزمایش قرار می‌گیرد و طول موج مثلث برای آزمایش وسایل الکتریکی خطی مثل آمپلی‌فایرها مفید هستند.
توصیف موج سینوسی
اغلب نیاز است که موج AC را به زبان ریاضی توصیف کنیم. برای این مثال، موج سینوسی متداول را استفاده می‌کنیم. یک موج سینوسی سه قسمت دارد: فرکانس، دامنه نوسان و فاز.
با نگاه به ولتاژ، می‌توانیم معادله‌های ریاضی برای موج سینوسی ارائه کنیم:
V (t) = Vp sin (2πft + Ø)
V(t) ولتاژ ما است به عنوان تابعی از زمان، به این معنی که با تغییر زمان، ولتاژ هم تغییر میکند.
VP دامنه نوسان است. این کمیت بیشترین ولتاژی را که موج سینوسی ما در هر یک از دو جهت به دست می‌آورد، نشان می‌دهد؛ به این معنی که ولتاژ می‌تواند VP+ ولت و VP- ولت باشد.
تابع ()sin می‌گوید که ولتاژ به شکل یک موج سینوسی متناوب خواهد بود، که نوسانی هموار حول 0V دارد.
2π ثابتی است که فرکانس را از دور (هرتز) به فرکانس زاویه‌های (رادیان در ثانیه) تبدیل میکند.
f فرکانس موج سینوسی است. این کمیت با واحد هرتز یا تعداد در ثانیه، ارائه می‌شود.
t متغیر مستقل ماست: زمان (به ثانیه). با تغییر زمان، شکل موج تغییر میکند.
φ فاز موج سینوسی را توصیف میکند. فاز معیاری است که نشان می‌دهد شکل موج نسبت به زمان چقدر جابهجا می‌شود. این کمیت اغلب به صورت عددی بین 0 و 360 درجه داده می‌شود. به دلیل ماهیت تناوبی موج سینوسی، اگر موج 360 درجه جابه جا شود، مجدداً همان موج به دست می‌آید، انگار که 0 درجه جابهجا شده باشد. برای سادگی، در ادامه این مقاله آموزشی فرض می‌کنیم فاز 0 درجه است.
می‌توانیم به پریز مورد اعتمادمان به عنوان مثالی خوب برای نشان دادن عملکرد موج AC رجوع کنیم. در ایالات متحده، برق تأمین شده برای منزل AC با ولتاژ حداکثر 170 (دامنه نوسان) و 60 هرتز (فرکانس) است. با جایگذاری این اعداد در فرمول بالا معادله زیر را به‌دست می‌آوریم:
V (t) = 170 sin (2π60t )
می‌توانیم از یک ماشین حساب دم دستی برای رسم نمودار این معادله استفاده کنیم. اگر هم ماشین حسابی دم دستمان نبود می‌توانیم از یک نرم افزار رسم رایگان آنلاین مثل Desmos استفاده کنیم.
کاربردهای جریان AC
اشاره شد که جریان AC برای تمامی دفاتر، ساختمان و منازل مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این دلیل که تولید و ارسال این جریان در فواصل طولانی‌تر نسبتاً آسان‌تر و کم هزینه‌تر می‌باشد. در ولتاژهای بالا، مثلاً فراتر از 110kV، انرژی کمتری در انتقال توان الکتریکی هدر می‌رود. وقتی ذکر می‌کنیم ولتاژ بالاتر به این معنی که شدت جریان کمتر است و زمانی که شدت جریان کم باشد حرارت تولیدی را در اثر مقاومت در خط انتقال برق را کمتر میکند. ولتاژ بالای AC توسط ترانسفورماتورها به آسانی پایین آورده می‌شود.
بیشتر بخوانید: کاربرد نانو در صنعت تولید سیم و کابل
از دیگر کاربردهای جریان AC می‌توان به تأمین برق موتورهای الکتریکی اشاره کرد. موتورها و ژنراتورها یک دستگاه هستند اما موتورها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند.
این عملکرد برای بسیاری از وسایلی که با جریان متناوب کار می‌کنند مانند یخچال‌ها و ماشین ظرف‌شویی بسیار مفید است.
جریان مستقیم (DC) چیست؟
جریان مستقیم یا DC به این معناست که یک مدار یا جریان است که یک طرفه بار الکتریکی را عبور می‌دهد. این جریان از منابعی مثل باتری، منابع تغذیه، سلول‌های خورشیدی، ترموکوپل یا دینام تولید می‌شود. جریان DC می‌تواند در رساناها مثل سیم شار عبور کند. اما در عایق‌ها و نیمه رساناها و یا محیط‌های خلاء به شکل اشعه یونی و یا الکترونی شار کند.
تولید جریان DC
جریان مستقیم به اشکال مختلف تولید می‌شوند که در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- یک ژنراتور AC مجهز به دستگاهی به نام “برگردان” می‌تواند جریان مستقیم تولید کند.
- تبدیل AC به DC در دستگاهی به نام “یکسوساز”.
- باتری‌ها توسط واکنشی شیمیایی داخل خود باتری، DC تولید می‌کنند.
برای جریان DC می‌توان آن را به یک مخزن آب تشبیه کرد که در انتهای آن یک لوله قرار دارد. مخزن فقط می‌تواند آن را از یک جهت عبور دهد. مانند باطری‌های مولد DC، زمانی که آب مخزن تمام شود دیگر درون لوله‌ها آب عبور یا به عبارتی شار نمی‌کند.
توصیف جریان DC
DC به عنوان یک بار الکتریکی یا شار یک طرفه تعریف می‌شود که جریان فقط از یک جهت عبور میکند. ممکن است با گذر زمان ولتاژ و جریان تغییر کنند تا تغییری در جهت شار ایجاد نشود. برای مثال و درک بهتر می‌توان فرض کرد که ولتاژ ثابت است، یک باتری با 1.5 ولت را در نظر بگیرید. با توجه به معادله زیر می‌توان جریان را محاسبه نمود.
V(t) = 1.5V
اگر نمودار آن را بر حسب زمان رسم کنیم، ولتاژی ثابت میبینیم.
با توجه به نمودار فوق در خواهیم یافت که بیشتر از منابع DC انظار داشته باشیم و همچنین با گذر زمان ولتاژی ثابت را داشته باشد. اما به مرور زمان باطری کاهش میابد و تخلیه می‌شود و در نتیجه ولتاژ افت میکند. اما با این حال می‌توان فرض رد که ولتاژ ثابت است و نوسان ندارد.
مزایای کاربرد ولتاژ DC
همه وسایل و پروژه‌های الکتریکی از جریان مستقیم استفاده می‌کنند. به عبارتی هر چیزی که با باطری آر میکند و یا توسط آداپتور DC به دیوار وصل شود و یا از کابل‌های USB استفاده کنند مبتنی بر DC هستند و از جریان مستقیم استفاده می‌کنند چند مثال از وسایلی که از این جریان استفاده می‌کنند برای شما لیست شده است:
- تلفنهای همراه
- چراغ قوه ها
- تاس دستکشی لیلیپد D&D
- تلویزیون های صفحه تخت
- وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی
رقابت میان جریان ها
در جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) نیز تفاوت های دارد که هر کدام نسبت به عملکرد خود بسیار مفید و مناسب هستند. از اصلی‌ترین تفاوت این دو جریان می‌توان به جهت الکتریسیته آنها اشاره کرد. به عبارتی جریان الکتریکی در مدار از قطب مثبت به طرف قطب منفی نشان دهنده جریان مستقیم یا DC می‌باشد و الکترون‌ها به صورت خطی و صاف در یک جهت یا یک طرف به جلو حرکت می‌کنند.
در مقابل جریان AC حرکت الکترون‌ها به صورت صاف و خطی نیست و ممکن است در طول حرکت کاهی به سمت جلو و گاهی به عقب حرکت کنند. این جریان برای فاصله‌های دور بهترین گزینه هستند در صورتی که موتورهای الکتریکی اغلب از جریان مستقیم استفاده میکند.
جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) را می‌توان به یکدیگر تبدیل کنید. به طوری که یکسو سازها برق AC را به DC تبدیل کرده و با استفاده از اینورتر تک فاز یا سه فاز نیز می‌توان برق DC را به AC تبدیل کرد.
در این مقاله به طور مفصل در مورد جریان متناوب و مستقیم اطلاعات کاربردی را به‌دست آوردید. اگر شما اطلاعات مفید و کاربردی دیگری در مورد این موضوع دارید با ما به اشتراک بگذرید.
