Prąd stały

prąd stały (CD) to przepływ cząstek załadowanych w tym samym kierunku, zwykle wewnątrz kierowcy lub innych środków. Te naładowane cząstki mogą być elektronami, w przypadku materiału takiego jak miedź lub jony o różnorodnym naturze.

Jest to rodzaj prądu generowanego, gdy bateria lub akumulator jest podłączony do żarówki, aby go włączyć, jak pokazano na poniższym obrazku:

Rysunek 1.- Prosty obwód prądu stałego. Źródło: f. Zapata.

Zdarza się, że atomy metalowe, takie jak miedź, srebro i inne, mają co najmniej jeden elektron, który łatwo porusza się w materiale. W normalnych warunkach ruch ten jest losowy, ale jak tylko możliwość zostanie ustalona różnica między końcami kierowcy, elektrony można przesuwać w tym samym kierunku, tworząc w ten sposób prąd elektryczny bezpośredni.

Ponieważ metale mają te wolne elektrony, są to dobre przewody prądowe, jednak wszystkie materiały mogą prowadzić prąd elektryczny w większym lub mniejszym stopniu.

Będąc prądem i przepływem obciążeń w czasie, matematycznie jest on definiowany jako ilość ładunku elektrycznego δq, która krąży przez przekrój kierowcy w przedziale czasowym ΔT:

I = δq/δt

Jednostka prądu elektrycznego w systemie międzynarodowym, jeśli jest to amper, skrócona i równoważna Coulomb/Second (C/s).

Jak generowany jest prąd stały?

Prąd stały wymaga przepływu obwodu zamkniętego i może być generowany na kilka sposobów. Jednym z najczęstszych jest baterie (akumulatory), ogniwa paliwowe i akumulatory, które mają dwa stałe zaciski i przeciwne znaki.

Wewnątrz akumulatorów powstają reakcje chemiczne, które oddzielają obciążenia elektryczne i ustalają niezbędną różnicę potencjału dla wystąpienia prądu.

Może ci służyć: 31 rodzajów siły w fizyce i ich cechy

Oddzielone obciążenia elektrony opuszczają ujemny zacisk, gdzie są one na większym potencjale i przyciągają dodatnie zaciski o mniejszym potencjale, poruszając się po obwodzie w tym samym kierunku.

Z czasem reakcje chemiczne zmniejszają się, a akumulator zużywa się. Pomimo tego prąd wytwarza, a nawet zmniejszoną intensywność, pozostaje prąd stały.

Naprzemiennie konwersja prądu na prąd stały

Rysunek 2. Schemat prądu stałego i prąd alternatywny

Inną metodą uzyskania prądu stałego jest konwersja prądu naprzemiennego. Prąd, który dociera do domów, jest naprzemiennie, dlatego jego kierunek zmienia się cyklicznie, ale może stać się prądem stałym o pewnych elementach obwodów, takich jak diody, kondensatory i transformatory.

Te elementy są odpowiedzialne za utrzymanie prądu w jednym kierunku. Brzmi nieco skomplikowane, ale niezbędne obwody, zwane obwodami prostowników, nie są trudne do wdrożenia. Proces odwrotny, to znaczy zmienić prąd stały na prąd przemienny, jest nieco bardziej złożony, chociaż można go również wykonać.

Prąd naprzemiennie jest preferowany do użytku masowego, ponieważ jest łatwiejszy do transportu i rozpowszechniania, a przy mniejszych stratach, ze stacji generujących. Z tego powodu, jeśli urządzenie jest zaprojektowane do działania z prądem stałym, jest zawsze wyposażone w urządzenie lub ładowarkę do przekazywania.

Obwody prądu stałego

Obwód prądu stałego zawiera serię elementów, takich jak rezystancje, kondensatory i inne, podłączone przez przewody i zasilane źródłem napięcia bezpośredniego.

Istnieją specyficzne symbole dla każdego z tych elementów, na przykład bezpośrednie źródła napięcia, które dostarczają prąd DC, są symbolizowane przez dwie równoległe linie o różnej długości lub okrąg z symbolem równości w środku.

Może ci służyć: pofalowany ruch: cechy, rodzaje fal, przykłady

Na poniższym obrazie v jest napięciem, a ja jest prądem. Zauważ, że prąd jest rysowany przez dodatni biegun akumulator. Odbywa się to przez konwencję.

Rysunek 3. Symbole napięcia używane w obwodach prądu stałego. Źródło: f. Zapata.

Innym wspólnym elementem w obwodach prądu stałego jest wytrzymałość. Wszyscy kierowcy mają pewien sprzeciw lub opór wobec przejścia prądu, a ich symbol jest linią zębową.

W żarówki filament ma opór, w ten sposób obwód na rycinie 1 jest schematycznie reprezentowany, jak pokazano na dolnej rysunku.

Po zamknięciu przełącznika S prąd może przepływać i przechodzić przez opór r, powodując zapalenie żarówki, a także wydzielając ciepło.

Rysunek 4. Schematyczne przedstawienie obwodu prądu stałego, po lewej stronie z przełącznikiem otwartym nie ma prądu, a po prawej. Źródło: f. Zapata.

Prawo Ohma

Prawo Ohma służy do rozwiązywania prostych obwodów prądu stałego, takich jak poprzednia sekcja, jest ważna dla dużej liczby materiałów przewodzących:

V = i ∙ r

Gdzie v jest napięciem, i jest intensywnością prądu, a R jest rezystancją elektryczną. W międzynarodowych jednostkach systemowych napięcie mierzy się w woltach (v), prąd w wzmacniaczach (a) i rezystancji w omach (ω).

Przykład liczbowy

Jeśli rezystancja poprzedniego obwodu wynosi r = 150 Ω, a napięcie wynosi 12 V, prąd przepływający przez obwód wynosi:

Może ci służyć: wektor równoważenia: obliczenia, przykłady, ćwiczenia

I = v/r = 12 v/150 Ω = 0.08 a

Aktualne aplikacje stałe

Baterie i baterie

Akumulatory i akumulatory obsługujące zegarki i zabawki dostarczają prąd stały. Występują w różnych rozmiarach i napięciach zgodnie z potrzebami projektowymi.

Akumulator samochodowy to kolejny przykład użycia prądu stałego, dzięki której działają system światła i silnik startowy.

Ładowarki do laptopów i telefonów komórkowych

Zdecydowana większość przenośnego sprzętu elektronicznego do użytku domowego jest zasilana prądem stałym i jest wyposażona w akumulator i ładowarkę.

Komórki fotowoltaiczne

Składają się one z obwodów elektronicznych do przechwytywania i przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną poprzez efekt fotoelektryczny. Urządzenia te zawsze zapewniają prąd stały, który inwestor może przekonwertować na naprzemiennie.

Bieżące przykłady

Jak wyjaśniono wcześniej, prąd stały jest taki, który płynie w tym samym sensie, jego wielkość może być zmienna. Na przykład po pobraniu wspólnej baterii prąd, którą wytwarza, jest mniejszy niż wtedy, gdy był nowy.

Na poniższych obrazach pokazano różne przykłady prądu stałego, zaczynając od stałego prądu w czasie. Pozostałe są zmienne, jednak wszystkie płyną w tym samym kierunku, dlatego są to prądy bezpośrednie.

Prąd stały

Jest to, czego grafika Obecny kontra czas Jest to linia pozioma, równoległa do osi czasów.

Rysunek 5. Stały prąd stały. Źródło: Wikimedia Commons.

Bezpośredni prąd intensywności zmiennej

Poniższy wykres pokazuje dwa bezpośrednie prądy o zmiennej intensywności, uzyskane z alternatywnego sygnału przez odpowiedni obwód:

Rysunek 6.- Dwa przykłady prądu stałego o zmiennej intensywności. Źródło: Wikimedia Commons.

Interesujące tematy

Różnice między prądem naprzemiennym a prądem stałym.

Obwody prądowe naprzemienne.

Bibliografia

1. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. Głośność 2. MC Graw Hill.
2. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th. Ed Prentice Hall.
3.  Katz, d. 2013. Fizyka dla naukowców i inżynierów. Fundamenty i połączenia. Cengage Learning.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna nauka fizyczna. 5. Wyd. osoba.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Głośność 2. osoba.