Elektryka stanowi integralny element naszej codzienności. Jej zastosowanie jest bardzo szerokie, gdyż wpływa ona niemalże na każdą dziedzinę życia. Prąd elektryczny zasila źródła światła, jest przemieniany w ciepło, daje siłę napędową dla wielu urządzeń, ułatwiając nam jednocześnie funkcjonowanie i codzienne obowiązki.
Niewiele osób zdaje sobie jednak sprawę, jak działa prąd. W tym artykule przyjrzymy się temu tematowi od podstaw, zaczynając od oznaczenia prądu stałego oraz jego definicji. Następnie przejdziemy do omówienia, gdzie może mieć zastosowanie oraz jakie są źródła tego rodzaju prądu.
Co to jest prąd?
Prąd elektryczny jest to przepływ ładunków elektrycznych przez przewodnik lub układ elektryczny. W fizyce prąd jest zdefiniowany jako ilość ładunku elektrycznego przepływającego przez daną powierzchnię w jednostce czasu. Nośnikami prądu są jony i elektrony.
Jest to fundamentalne pojęcie w elektrotechnice i naukach przyrodniczych. Prąd elektryczny może mieć różne źródła, takie jak baterie, generatory, czy źródła zasilania elektrycznego. Prąd jest mierzony w amperach (A). Może płynąć w przewodnikach, takich jak druty metalowe, ale także w innych materiałach, takich jak półprzewodniki.
Definicja i oznaczenie prądu stałego
Prąd stały jest rodzajem prądu elektrycznego, który charakteryzuje stała amplituda i kierunek. Oznacza się go symbolem DC, co stanowi skrót od angielskiego direct current. Ładunki elektryczne poruszają się w tym samym kierunku od bieguna dodatniego do ujemnego. To pozwala na spójne i jednostajne działanie urządzeń elektrycznych. Prąd stały ma zastosowanie w urządzeniach, które wymagają stałego napięcia, np. bateriach i akumulatorach.
Prąd stały a prąd zmienny – na czym polega różnica?
Różnica między prądem stałym (DC) a prądem przemiennym (AC) polega na sposobie, w jaki ładunki elektryczne poruszają się w przewodniku oraz na charakterystyce zmiany wartości napięcia w czasie. W prądzie przemiennym kierunek przepływu ładunków cyklicznie się odwraca. Oznacza to, że ładunki poruszają się naprzemiennie w jednym kierunku, a potem w drugim. W przypadku prądu stałego zarówno kierunek, jak i napięcie – jak sama nazwa wskazuje – są stałe.
Maszyny prądu stałego – charakterystyka
Właściwości użytkowe maszyn prądu stałego zależą od liczby i sposobu połączenia uzwojeń wzbudzenia i uzwojenia twornika. To pozwala na dostosowanie maszyny do konkretnych potrzeb i zastosowań, co jest kluczowe w celu osiągnięcia optymalnej wydajności i regulacji. Co jeszcze charakteryzuje maszyny prądu stałego?
- silnik elektryczny na prąd stały – duży zakres prędkości obrotowej oraz moment obrotowy przy rozruchu decydują o doskonałych właściwościach ruchowych, ponieważ w silniku na prąd stały dochodzi do przetworzenia energii elektrycznej w mechaniczną.
- prądnice – są odpowiedzialne za odwrotne działanie niż silnik. Zmieniają energię mechaniczną w elektryczną. Występuje tu fizyczne zjawisko przeciwdziałania momentu elektromagnetycznego momentowi maszyny napędzanej, które jest niezbędne do elektrycznego hamowania.
- płynna regulacja prędkości obrotowej napędów
- rozruch przy dużym obciążeniu
Jak zbudowane są maszyny prądu stałego?
Podstawowymi elementami maszyn na prąd stały są stojan oraz wirnik. Łatwo skojarzyć ich funkcje po nazwie – stojan „stoi” nieruchomo, tworzy ramę, natomiast wirnik wiruje wewnątrz stojana. Aby dobrze zrozumieć zasady działania tych dwóch elementów, omówmy zagadnienie nieco szerzej.
Stojan to ramowy element konstrukcyjny maszyny prądu stałego. Zazwyczaj wykonany jest z materiałów o dużej wytrzymałości, takich jak stal. Pełni rolę osi, na której osadzony jest wirnik i elementy stałego pola magnetycznego. Składa się z co najmniej dwóch magnesów stałych lub elektromagnesów.
Wirnik natomiast to część maszyny, która obraca się pod wpływem oddziałującego na niego prądu i pola magnetycznego, którego źródłem jest stojan. Wirnik, poprzez dynamiczne obroty, wytwarza energię mechaniczną, która jest niezbędna do napędzenia urządzeń i maszyn.
Urządzenia zasilane prądem stałym
- telewizory
- komputery
- telefony i tablety
- elektronarzędzia, np. wiertarki
- systemy audio
- niektóre oprawy oświetleniowe LED
- elektryczne samochody
Jaki prąd płynie w gniazdkach?
W gniazdach elektrycznych w gospodarstwach domowych i większości standardowych instalacji elektrycznych płynie prąd przemienny (AC), zazwyczaj o częstotliwości 50 Hz i napięciu 230 V. Dlaczego więc możemy ładować laptopy, telefony i tablety oraz zasilać telewizory elektronarzędzia itp. działające na prąd stały?
Przetwornica zasilania przekształca napięcie prądu przemiennego (AC) z gniazdka elektrycznego na napięcie stałe (DC), które jest odpowiednie dla urządzenia elektronicznego. Może ona również zmniejszyć napięcie, jeśli sprzęt wymaga niższego napięcia niż dostarczane z gniazdka elektrycznego. Przetwornice zasilania są zazwyczaj wbudowane w ładowarki i adaptery, które są dostarczane razem z urządzeniami.
Panele fotowoltaiczne – nowoczesne źródło prądu stałego
Coraz częściej w gospodarstwach domowych oraz w przemyśle znajdują zastosowanie panele fotowoltaiczne. Przekształcają one energię świetlną na prąd stały. Są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej. Prąd stały może być przechowywany w akumulatorach lub przekształcany na prąd przemienny za pomocą inwertera. Technologia fotowoltaiczna stale się rozwija, co oznacza, że panele stają się coraz bardziej wydajne i tańsze.
