جریان متناوب(AC) و جریان مستقیم (DC)

جریان مستقیم و متناوب :

 

الکتریسیته به دو طریق تولید میشود که هر کدام از آنها در موقعیتهای مختلف و برای اهداف گوناگون استفاده میشوند. این دو نوع الکتریسیته همانطور که در بخش معکوس سازی و برگرداندن ولتاژ مورد بحث قرار میگیرد میتوانند به یکدیگر تبدیل شوند.

اولین و ساده ترین نوع جریان الکتریسیته جریان مستقیم نامیده میشود که به اختصار آنرا DC مینامیم. یک الکتریسیته ساکن که توسط باتری تولید میشود. ولتاژی ایجاد میکند و احتمالاً ذخیره میشود تا زمانی که مدار برقرار شود. در این هنگام جریان به طور مستقیم و در یک جهت تحت یک ولتاژ ثابت و معین جاری میشود.(جریانی بسیار ساده ولی به اندازه کافی مطلوب برای نیازهای ما) وقتی که شما از یک چراغ قوه، رادیوی جیبی، واکمن و یا هر وسیله قابل حمل و نقلی که با باتری کار میکند استفاده میکنید، جریان مستقیم را بکار گرفته اید. اکثر مدارهای جریان مستقیم ولتاژ پایینی دارند مثلاً ولتاژ باتری اتومبیل شما تقریباً 12 ولت است که معمولاً بیشترین ولتاژ جریان مستقیمی است که اکثر مردم استفاده میکنند.

 

 

 

 

 

یک جریان 12 ولت مستقیم ایده آل. مقدار ولتاژ مثبت در نظر گرفته میشود زیرا پتانسیل آن نسبت به زمین (که صفر در نظر گرفته میشود) سنجیده میشود.

این دیاگرام با مقیاسی مشابه با دیاگرام جریان متناوب که در زیر می آید ترسیم شده است.

 

 

 

نوع دیگر الکتریسیته جریان متناوب یا AC نامیده میشود. این الکتریسیته ای است که شما از دیوار خانه تان (شهر) دریافت میکنید و برای غالب وسایل خانگی از آن استفاده میکنید. توضیح دادن این جریان به سادگی جریان مستقیم نیست. الکتریسیته با یک ولتاژ ثابت تولید نمیشود بلکه تحت یک موج سینوسی با گذشت زمان از صفر شروع شده و به یک مقدار ماکزیمم میرسد و سپس به کمترین مقدار نزول میکند و این پروسه تکرار میشود. نمونه ای از ولتاژ یک جریان متناوب در طول 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 ولتاژ از یک مقدار مثبت به یک مقدار منفی برسد و برگردد، درباره ولتاژ چه میگوییم؟ آیا میگوییم که ولتاژ صفر است چون میانگین آن صفر است؟ با این بیان بنظر میرسد که هیچگونه انرژی منتقل نمیشود ولی یک موج را تصور کنید که از روی سطح دریا بلند میشود به نقطه اوج میرسد و فرود می آید. آیا میتوان گفت که فراز و فرود این موج یکدیگر را خنثی میکنند؟ البته خیر. زیرا بوضوح موج وجود دارد و دارای انرژی میباشد. همین تعبیر در مورد الکتریسیته متناوب صادق است.

راهی که برای اندازه گیری انرژی یک موج AC در دنیای علم امروز وجود دارد بنام " ریشه میانگین مربعات"RMS  خوانده میشود. به بیان ساده تر RMS عبارت از عددی است که معرف همان مقدار انرژی است که یک موج DC با همان ولتاژ تولید میکرد و ماهیتاً مقدار متوسط یک موج متناوب میباشد. هر کجا که مشخصه ای از یک موج متناوب دیدید، به شما اندازه RMS داده میشود مگر اینکه خلاف آن به شما گفته شود. بنابراین بطور مثال در ایران اکثر خانه ها از برق 220 ولت متناوب استفاده میکنند که معادل انرژی یک جریان 220 ولت مستقیم میباشد. دیگر نقاط دنیا از ولتاژهای مختلفی (بین 100 تا 240 ولت متناوب) استفاده میکنند و البته تجهیزات سنگین از ولتاژهای بالاتر استفاده مینمایند.

دیگر مشخصه کلیدی جریان متناوب، فرکانس است که برحسب تعداد سیکل در ثانیه CPS و یا به عبارت متداولتر "هرتز" HZ بیان میشود. این عدد بیان میکند که در طول یک ثانیه، چند بار ولتاژ از مثبت به منفی و برعکس تغییر میکند تا سیکل خود را کامل کند. در ایران استاندارد فرکانس 50 هرتز است و معنای آن اینست که در یک ثانیه 50 بار مقدار ولتاژ از مثبت به منفی تغییر میکند و مجدداً باز میگردد. در دیگر نقاط دنیا این استاندارد 50 یا 60 هرتز است.

 

 

 

 

 

 

نمایش 3 سیکل از یک موج ایده آل 220 ولت متناوب با فرکانس 50 هرتز در ایران (رنگ سیاه)

 

 

دقت کنید که هر سیکل معرف 20 میلی ثانیه است (50/1 ثانیه) منحنی بطور واقعی از 310- ولت شروع میشود و تا 310+ ولت  با یک خط افقی سبز نشان داده شده است.RMS  ادامه می یابد تا بتواند میانگین 220 ولت را بدهد.

برای درک مفهوم RMS به مناطق آبی رنگ توجه کنید که بیانگر مجموع انرژی حاصله در یک سیکل میباشد. مناطق سبز رنگ معرف محدوده بین خط RMS و خط صفر برای یک سیکل میباشد و معرف انرژی معادل برای یک سیگنال 220 ولت مستقیم است. تعریف RMS چیزی است که مناطق سبز و آبی رنگ را با هم مساوی میکند. (این دیاگرام با مقیاس مساوی نمودار جریان مستقیم که در بالا آمده، ترسیم شده است)

 

چرا برق استاندارد فقط به شکل جریان متناوب انتشار می یابد؟ دلایل متعددی وجود دارد ولی یکی از مهمترین آنها اینست که یک سیگنال AC به آسانی قابلیت تبدیل یک سطح ولتاژ به سطح دیگر را با استفاده از یک ترانسفورماتور دارا میباشد در حالیکه ترانسفورماتور در جریان مستقیم کار نمیکند. این قابلیت به شرکتها اجازه میدهد که الکتریسیته را با راندمان بیشتری تولید و توزیع کنند. آنها الکتریسیته را با ولتاژ بالا در مسافتهای طولانی ارسال میکنند و به این ترتیب اتلاف انرژی ناشی از مقاومت سیمهای انتقال کاهش می یابد. دلیل دیگر اینست که تولید جریان متناوب بطریق مکانیکی ساده تر از جریان مستقیم میباشد.

کامپیوترها فقط از جریان مستقیم استفاده میکنند و معنای آن اینست که برق متناوب تولیدی توسط شرکتهای نیرو باید قبل از استفاده به برق مستقیم تبدیل شود که این، اولین عملکرد منبع تغذیه شما میباشد.

جريان مستقيم و جريان متناوب

تا به حال هر چه گفتيم راجع به جريان مستقيم بود يعني جرياني كه دامنه و جهت آن نسبت به زمان ثابت است به زبان ساده تر اينكه مقدار جريان عبوري از مدار و جهت حركت الكترونها ثابت بوده و با گذشت زمان هيچ تغييري نميكند.

جريان متناوب

تعريف : جريان متناوب جرياني است كه مقدار و جهت آن نسبت به زمان دائماً در حال تغيير است. به زبان ساده تر اينكه مقدار جريان دائماً كم و زياد ميشود و جهت حركت الكترونها هم عوض ميشود (از ماكزيمم به صفر و از صفر به مينيمم ميرسد).

سوال :

چگونه مقدار جريان تغيير ميكند در صورتيكه عناصر مدار ثابت هستند ؟

جواب :

ولتاژ منبع تغذيه دائما در حال تغيير (متناوب ) است به همين جهت در مقدار جريان تاثير ميگذارد.

سوال :

جهت الكترونها چگونه عوض ميشود ؟

ميدانيد كه الكترونها هميشه از قطب منفي به سمت مثبت حركت ميكنند . در منبع تغذيه متناوب مثبت و منفي آن (پلاريته ) دائما در حال تغيير است يعني اگر خروجي منبع تغذيه ما دو سيم داشته باشد مثلا به رنگهاي قرمز و سياه در يك لحظه زماني سيم قرمز مثبت و سيم سياه منفي است و در لحظه اي ديگر عكس اين حالت وجود دارد يعني جاي قطب مثبت و منفي دائما عوض ميشود پس جهت حركت الكترونها هم كه از قطب منفي به مثبت است دائما عوض ميشود .

معروف ترين جريان متناوب جريان متناوب سينوسي است .

در نمودار روبرو مشخص است كه در لحظه 1 ثانيه جريان صفر، در لحظه 5/1 ثانيه 5- آمپر و در لحظه 5/2 ثانيه 5 آمپر است .

سيكل چيست ؟

كوچكترين قسمت موج كه دائماُ تكرار ميشود يك سيكل نام دارد مثلا در شكل روبرو از لحظه صفر ثانيه تا لحظه 2 ثانيه يك سيكل است كه تا بينهايت تكرار ميشود .

فركانس چيست ؟

به تعداد سيكل هايي كه در يك ثانيه توليد ميشود فركانس گويند كه واحد آن هرتز است . مثلاً در شكل بالا فركانس 5/0 هرتز است .

نكته :

برقي كه در خانه هاي ما استفاده ميشود همين جريان متناوب است كه فركانس آن 50 هرتز ميباشد. يعني جرياني كه از يك لامپ عبور ميكند ثانيه اي 100= 50×2 بار صفر ميشود پس چه انتظاري داريد حتماُ انتظار داريد كه لامپ در هر ثانيه 100 بار خاموش و روشن شود ولي اين عمل صورت نميگيرد چون لامپ بر اساس گرما توليد نور ميكند اگر بخواهيم كه يك لامپ را ثانيه اي صد بار خاموش و روشن كنيم بايد بتوانيم در يك ثانيه صد بار لامپ را گرم و صد بار سرد كنيم . ولي گرما چيزي نيست كه در مدت 1 صدم ثانيه صفر شود پس مدتي طول ميكشد كه دفع شود و تا آن مدت لامپ دوباره روشن ميشود .

- See more at: http://www.hupaa.com/20000000000002454/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86-%D9%85%D8%B3%D8%AA%D9%82%DB%8C%D9%85-%D9%88-%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86-%D9%85%D8%AA%D9%86%D8%A7%D9%88%D8%A8#sthash.SWwAI4IH.dpuf

جریان متناوب(AC) و جریان مستقیم (DC)

آشنایی بیشتر با جریان متناوب(AC) و جریان مستقیم (DC)
همانجور که مستحضر هستید،این دو جریان به کمک دو رشته سیم به دستگاه مصرف کنند می رسن....نام این دو سیم انتقال انرژی و مکانیزم جریان در هر دو جریان متفاوت می باشد

ابتدا جریان AC
همانجور که قبلا گفته شده جریان AC دارایه 50 هرتز فرکانس در ثانیه می باشد ... اما نکته اینجاست،که در این 1 ثانیه موج انرژی (یا ولتاژ) به سمت + و - حرکت می کند، به عبارت ساده تر... مثلا اگر ما ولتاژ 220 با فرکانس 50 هرتز داشته باشیم، این ولتاژ در ثانیه 50 بار بصورت موج سینوسی به سمت + 220 ولت و بعد به سمت - 220 حرکت می کنندو در ثانیه 50 بار این کار را تکرار میکند

حرکت از + تا - و از دوباره حرکت به سمت + ، یک شکل موج درست میکند،به این موج یک فرکانس یا یک هرتز می گویند.

جهت درک بیشتر این مسئله این فایل فلش را ببینید..

حالا ما در جریان برق AC دو رشته سیم داریم،که در یک از ان، جریان برق رفتی وجود داره،که به ان فاز می گویند(سیم که الکترون ها در ان وجود دارد)،و در یک سیم دیگه جریان برگشتی وجود داره که به ان نول می گویند ...(سیم که الکترون ها یا همون انرژی رو از دست داده)

پس در سیم فاز  جریان برق AC ، جریان مثبت و منفی در ثانیه بارها جابجا میشود ... برای همین است،که وقتی شما دو شاخه برق را به هر صورت وارد پریز کنید،دستگاه بدون مشکل روشن میشود ! (البته برای وسایل الکتریکی که نیاز به جریان Dc دارن از پل دیود*(انشالله بعدا با این قطعه اشنا می شویم) استفاده میکنند،که برای این قطعه هم تفاوتی ندارد که جریان برگشتی به چه شکل باشد)

پس در جریان AC ، دو سیم مد نظر، فاز و نول

حال جریان مستقیم DC

همانجور که قبلا گفته شده،این جریان بدون فرکانس و افت،خیز است و یک جریان صاف و بدون نوسان می باشد

به سیم که جریان برق رفتی، در ان وجود داشته باشد، سیم مثبت(آند) می گویند ( سیمی که الکترون ها در ان می باشد)، و به سیمی که جریان برگشتی،در ان وجود داشته باشد،سیم منفی(کاتد) می گویند (سیمی که الکترون ها را از دست داده باشد)

برای جریان مستقیم DC ، حتما باید جهت سیم های مثبت و منفی را درست وصل کرد،

منبع :

http://www.centralclubs.com