Bạn có quen thuộc với dòng điện xoay chiều?

…Tôi hy vọng rằng bằng cách sử dụng cảm ứng điện của từ trường trái đất, tôi có thể chế tạo được một chiếc máy điện. Michael Faraday

…dòng điện xoay chiều là điều vô nghĩa và không có tương lai. Tôi không những không muốn kiểm tra động cơ AC mà còn không muốn nghe về nó. Thomas Edison

Tại bất kỳ điểm nào trong mạch, tôi bật một cuộn dây cảm ứng để dòng điện chạy từ nguồn hiện tại. Tiếp theo, tôi đặt cuộn dây thứ hai theo cách thích hợp, trong đó cuộn dây thứ nhất tạo ra dòng điện. Hai đầu của cuộn dây thứ hai này được nối với nhau bằng một sợi dây, tạo thành một mạch hoàn toàn tách biệt với mạch thứ nhất. Pavel Yablochkov

Tôi mong đợi… một sự đổi mới mới của cuộc chiến giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều. Tôi nhìn thấy cơ hội quay trở lại của DC, công ty sẽ học hỏi được nhiều điều từ công nghệ AC. Mikhail Dolivo-Dobrovolsky

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

AC

Tất nhiên là có - xét cho cùng, mỗi ngôi nhà đều có ổ cắm để chúng ta cắm vào tất cả các thiết bị gia dụng và thiết bị chiếu sáng, “được cấp nguồn” bằng dòng điện xoay chiều 220 volt. Trong các xưởng của trường có máy công cụ - chúng cũng được cung cấp dòng điện xoay chiều, chỉ ở điện áp cao hơn. Ở tất cả các quận đều có các gian hàng có dòng chữ “Tr-r”, trong đó có máy biến áp chuyển đổi dòng điện xoay chiều; những đường dây điện, cũng là dòng điện xoay chiều, kéo dài dọc theo các con đường và xuyên qua các khu rừng phát quang. Hàng triệu triệu máy phát điện, máy biến thế, động cơ điện trên khắp thế giới sản xuất, truyền tải và sử dụng năng lượng điện nhờ đặc thù của loại dòng điện này, được phát hiện cách đây gần hai trăm năm. Nhà khoa học vĩ đại nhất thế kỷ 19, Hermann Helmholtz, đã nói rằng miễn là con người được hưởng những lợi ích của điện, họ sẽ luôn nhớ đến cái tên Faraday với lòng biết ơn. Hiện tượng cảm ứng điện từ, một khám phá khoa học cơ bản do nhà vật lý người Anh Michael Faraday thực hiện, đã hình thành nên nền tảng của nền văn minh kỹ thuật hiện đại và làm biến đổi hoàn toàn thế giới xung quanh chúng ta. Trong nhiều thập kỷ, người ta đã tích cực tìm kiếm cách thực hiện tốt nhất khám phá này - dẫn đến cuộc đấu tranh tuyệt vọng giữa những người ủng hộ dòng điện một chiều và những người ủng hộ dòng điện xoay chiều. Đúng vậy, “cuộc chiến” bắt đầu từ hơn một trăm năm trước đã kết thúc từ lâu trong sự tương tác chặt chẽ và hiệu quả, khi những nhược điểm của loại dòng điện này được bù đắp bằng những ưu điểm của loại dòng điện kia. Tuy nhiên, người ta không nên nghĩ rằng mọi thứ lời giải các vấn đề vật chất về năng lượng điện và viễn thông đã diễn ra trong quá khứ, và bây giờ chỉ còn lại sự cải tiến về mặt kỹ thuật. Quy mô sản xuất và phân phối năng lượng, quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng thay thế và các phương tiện liên lạc hiện đại đã đạt đến một cột mốc quan trọng đến mức nảy sinh những vấn đề mới liên quan đến độ tin cậy và an toàn của các hệ thống khổng lồ bao trùm toàn bộ các lục địa. Và điều này đòi hỏi những cách thức độc đáo để quản lý chúng, liên quan đến các phương pháp tiếp cận khoa học phi tiêu chuẩn, chẳng hạn như lý thuyết hỗn loạn hoặc lý thuyết mạng. Nhưng bây giờ, chúng ta hãy thử tìm hiểu những gì chúng ta biết về những tính chất đơn giản nhất của dòng điện xoay chiều.

Câu hỏi và bài toán

1. Một dây dẫn ở dạng vòng di chuyển từ một đầu của dải nam châm nằm dọc theo trục đối xứng của nó sang đầu kia. Điều gì xảy ra với dòng điện cảm ứng trong vòng? 2. Dòng điện có chạy qua bể điện phân chứa đồng sunfat nếu nó được nối với nguồn điện áp xoay chiều không? Đồng sẽ kết tủa trên các điện cực? 3. Tại sao làm chập mạch một tụ điện trong mạch điện xoay chiều có nghĩa là điện dung của nó trở nên lớn vô hạn? 4. Dòng điện xoay chiều tần số 0 có nghĩa là gì? 5. Một dây dẫn được đặt giữa các cực của một nam châm mạnh hình vòng cung. Điều gì sẽ xảy ra với dây dẫn nếu cho dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp chạy qua nó? 6. Tại sao dây dùng để sản xuất cuộn dây vòng sóng ngắn và siêu ngắn lại được mạ bạc? 7. Một nguồn EMF hình sin có biên độ không đổi được mắc nối tiếp với mạch dao động. Bỏ qua điện trở trong của nguồn, ước tính hiệu điện thế trên cuộn cảm và tụ điện ở tần số rất thấp và rất cao so với tần số tự nhiên của mạch. 8. Hai bóng đèn giống hệt nhau được cấp nguồn bằng nguồn điện xoay chiều như hình vẽ. Ở một tần số nhất định, cường độ của đèn là như nhau. Cường độ sẽ thay đổi như thế nào nếu tần số: a) tăng; b) giảm? 9. Chất cách điện đường dây truyền tải nên được thiết kế cho điện áp nào nếu điện áp hiệu dụng là 430 kV? 10. Mạch diode lý tưởng hiển thị ở hình được kết nối với nguồn điện xoay chiều. Trong đó

giới hạn điện áp thay đổi giữa điểm A và B? 11. Cuộn cảm A được nối với vôn kế và cuộn dây B được nối với nguồn điện xoay chiều như hình hình. Liệu điện áp cảm ứng ở cuộn A do dòng điện chạy trong cuộn B thay đổi nếu đặt một tấm đồng lớn giữa chúng? 12. Khi sửa chữa máy biến áp hạ áp, chúng tôi tháo cuộn sơ cấp của nó và cắm các đầu của nó vào ổ cắm điện. Kết quả là cầu chì bị nổ, mặc dù máy biến áp được thiết kế cho điện áp lưới điện. Làm thế nào để giải thích điều này? 13. Tại sao sự hiện diện của điện áp rất cao trong cuộn thứ cấp của máy biến áp tăng áp không dẫn đến tổn thất năng lượng lớn do sinh nhiệt trong chính cuộn dây? 14. Tại sao máy biến áp bị hỏng nếu có ít nhất một vòng dây quấn bị đoản mạch? 15. Nguyên nhân máy biến áp có tải kêu vo vo là gì? Tần số của âm thanh này là bao nhiêu nếu máy biến áp được nối với mạng tần số nguồn? 16. Một khung hình vuông quay đều với vận tốc góc u trong một từ trường đều vuông góc với trục quay. Hai đầu của khung luôn được nối với cuộn dây có độ tự cảm L. Điện trở Ohm của mạch có thể bỏ qua. Ở vị trí nào của khung: a) suất điện động cảm ứng trong khung là lớn nhất; b) cường độ dòng điện trong đó là lớn nhất?

Kinh nghiệm vi mô

Bạn có thể đã từng thấy các rạp chiếu phim và rạp chiếu phim bật dần ánh sáng như thế nào để không làm khán giả bị mù khi chuyển đổi rõ ràng từ bóng tối sang ánh sáng. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng biến trở hoặc cuộn cảm - một cuộn cảm có điện trở rất thấp. Bạn sẽ chọn phương pháp nào?

sản xuất năng lượng và “kích hoạt” nước thông qua các thiết bị tương tự, nhưng với tư cách là máy phát điện, trong giờ cao điểm. …một đĩa đồng đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu đang quay bắt đầu tự quay. Hiện tượng này, được Arago phát hiện vào năm 1824 và sau đó được Faraday giải thích là do sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong đĩa, đã được kỹ sư điện Dolivo-Dobrovolsky áp dụng, người đã tạo ra trên cơ sở đó một động cơ dòng điện ba pha không đồng bộ, tạo ra một cuộc cách mạng kỹ thuật thực sự và được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. …máy biến áp được sử dụng thực tế đầu tiên được đề xuất bởi “cha đẻ của ánh sáng Nga” Yablochkov, người đã chuyển từ dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều để đảm bảo đốt cháy đồng đều các điện cực carbon trong “ngọn nến” hồ quang của mình. Yablochkov là người đầu tiên sử dụng tụ điện trong mạch điện xoay chiều. …vào cuối thế kỷ 19, Edison đã giành được chiến thắng trước những người ủng hộ việc chiếu sáng bằng khí đốt, những người đã cố gắng hết sức để ngăn chặn sự ra đời của chiếu sáng bằng điện. Nhưng chẳng bao lâu sau, chính Edison đã có quan điểm không thể hòa giải liên quan đến việc sử dụng dòng điện xoay chiều, lo sợ trước mọi nguy hiểm khi sử dụng nó, thậm chí còn đề xuất thông qua luật cấm nó. …cho đến năm 1891, chỉ có các nhà máy điện một chiều được xây dựng. Tuy nhiên, lợi thế của dòng điện xoay chiều trong sản xuất và truyền tải điện đã dẫn đến thực tế là vào năm 1896, một nhà máy thủy điện với ba tua-bin dòng điện xoay chiều công suất 5 nghìn mã lực mỗi tua-bin đã đi vào hoạt động tại Thác Niagara ở Hoa Kỳ. …lực tương tác giữa các dòng điện trong tự nhiên hiếm khi đạt giá trị lớn, nhưng trong công nghệ, chúng đóng vai trò chính - chẳng hạn như trong máy phát điện hoặc động cơ điện. Ngược lại với các lực này, lực Coulomb mạnh hơn hầu như không thể hiện trong công nghệ do không thể tạo ra điện tích đủ lớn. …khi chạy qua dây dẫn, dòng điện xoay chiều không phân bố đều trên tiết diện của chúng mà tập trung chủ yếu ở gần bề mặt - hiện tượng này gọi là hiệu ứng da (từ tiếng Anh skin - skin). Do đó, ở tần số 50 hertz trong dây dẫn đồng, độ sâu xuyên qua của dòng điện là khoảng 9 mm; Khi tần số tăng lên, độ sâu này giảm xuống, dẫn đến điện trở tăng lên.

Đọc gì trong «Kvant» về dòng điện xoay chiều

Thật thú vị rằng…

(xuất bản những năm gần đây)

… vào năm 1831, Faraday đã tạo ra ví dụ đầu tiên về máy phát điện không phải là pin, mặc dù điện áp không đổi của nó rất thấp và hiệu suất của thiết bị rất thấp. Nhưng một năm sau, nhà phát minh người Pháp Pixie đã thiết kế một chiếc máy trong đó dòng điện được kích thích bằng cách quay một vòng dây trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, tức là máy phát điện xoay chiều. Sức mạnh của dòng điện thu được với sự trợ giúp của nó đã được chứng minh bằng các thí nghiệm về sự phân hủy hóa học của chất này và sự hình thành tia lửa. …Các nhà khoa học Nga Lenz và Jacobi vào giữa thế kỷ 19 đã chứng minh tính thuận nghịch của máy điện từ: một máy phát điện có thể biến thành động cơ điện và ngược lại. “Khả năng thay thế lẫn nhau” này được sử dụng, ví dụ, trong các trạm bơm lưu trữ, bơm nước bằng động cơ máy bơm vào bể khi có quá nhiều nước.

1. “Điện áp hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều” – 2001, số 3, tr. 40; 2. “Thí nghiệm đơn giản với dòng điện xoay chiều” - 2002, Phụ lục số 4, tr. 72; 3. “Hai vòng trong một từ trường” – 2003, số 3, tr. 38; 4. “Trong mạch điện xoay chiều” – 2004, số 1, tr. 29; 5. “Một cuộn dây quay trong từ trường” – 2004, số 4, tr. 17; 6. “Từ thông của chất siêu dẫn” – 2004, số 4, tr. 38; 7. “Kính vạn hoa «Kvant» – 2005, Số 1, trang 32, 8. “Cảm ứng trong mạch điện” – 2005, Số 4, trang 42, 9. “Định luật cảm ứng điện từ” – 2006, Số 5, trang 36.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị