Освен ако не се занимавате професионално с електричество или по някаква случайност не сте имали подчертан афинитет към часовете по физика в гимназията, шансът да сте запознати с устройството на една стандартна електрическа верига е доста минимален. От това число изключваме, разбира се, значителния брой домашни майстори, които държат цялата система вкъщи под контрол и стриктно се грижат да отстранят навременно всяка потенциална повреда.
Ако обаче сте в категорията на непросветените простосмъртни, които не се чувстват особено уверени в нивото на знанията си, този текст е за вас! Скромният екип на онлайн магазин за електроматериали ELX ще се опита да ви помогне да спечелите неравната битка с физичната теория и да повишите чувствително общата си култура.
Какво е ток?
Но нека да започнем от самото начало. Имате ли представа изобщо какво представлява енергията, която протича в домакинството ни и ни помага да водим нормален спрямо съвременните разбирания живот?
Електричеството е насочено движение на заряди. Броят на частиците, които преминават за единица време през определена повърхност, представлява неговата големина. Ако движението им се осъществява в една и съща посока, наричаме тока прав и го отбелязваме с DC. Ако посоката варира, говорим за променлив и го индикираме с AC. Можем смело да заключим, че имайки предвид тази информация, името на група AC/DC придобива абсолютно нов смисъл в съзнанието на електрически просветения човек.
Но какво кара положително или отрицателно заредените частици да се движат? Това е величината напрежение, което е скритата сила зад наличието на ток. Без него бихме имали само статични елементи, които не са в състояние да генерират енергия. Естествено, както много често се случва в живота, и токът е свикнал да има “враг”, който се опитва да ограничи свободата му, а именно съпротивлението на различните материали, през които преминава.
AC или DC?
Противно на общоприетите нагласи, темата всъщност е източник на множество научни спорове в годините. Един от най-запомнящите се е този между небезизвестните Томас Едисон и Никола Тесла, първият от които е бил убеден в превъзходството на правия ток над променливия, считайки го за по-приложим и безопасен, докато втория мислил точно обратното.
В края на краищата към днешна дата можем да кажем, че токът, който излиза от електроцентралите в чистата си форма, е променлив, защото за електрическите съоръжения е по-ефективно да пренасят заряд с по-високо напрежение, какъвто е AC. Но пък от гледна точка на домашните ни уреди, прекомерно висок волтаж е абсолютно излишен по две причини - проектирани са да работят на много по-нисък, което е и по-безопасно. Затова домакинското оборудване обичайно се захранва от прав.
В практиката несъответствието се решава чрез специални преобразуватели на енергия, които трансформират променливия в прав. Такива са например трансформаторите, токоизправителите и инверторите.
Какво представляват електрическите вериги?
Електрическата верига е съвкупност от свързани елементи, през които протича електричество, и които са отговорни за неговото генериране, разпределение и пренасяне. Няма електрическа верига без източник на напрежение, консуматор (товар) и проводници. Източникът сам по себе си гарантира наличието на енергия, консуматорът - че ще има устройство, което да потреби съответното количество енергия, а проводникът е пътят, който свързва тези два компонента.
Кои са необходимите елементи, които задължително трябва да притежават?
Един от най-често срещаните източници на напрежение са батериите. Те имат два края, които както всички сме виждали, са означени с “+” и “-”, съответстващи на положителна и отрицателна полярност. Поляритетът е предпоставка да говорим за протичане на прав ток с точно дефинирана посока, противоположна на пътя на отрицателно заредените частици: от положителния към отрицателния край на веригата.
За батериите се свързват съответните жици, играещи ролята на проводници, които във външната си част са изолирани с непроводим материал, най-често пластмаса. По този начин се постига по-добро равнище на безопасност за хората и самото оборудване. Заради комбинацията от физични и химични свойства като ниското специфично съпротивление например, за най-добри проводници считаме металите.
Естествено, не по-маловажен елемент са и самите консуматори, а именно електроуредите, които искаме да захраним. В класическия на-опростен христоматиен пример може да си представите една крушка, която поглъща и трансформира електрическата енергия в светлинна и топлинна.
Основно правило е елементите в електрическата верига да са съпоставими по параметри като ампераж, напрежение, дори и мощност. Ако например батерията е с по-нисък волтаж от лампата, тя няма да успее да я накара да светне, а ако е със значително по-висок, то ще я поврати необратимо.
Какви други елементи може да срещнем в електрическите вериги?
Освен източник на напрежение, проводник и консуматор, без които е невъзможно съществуването на функциониращо електрическо образувание, трябва да отбележим и други често срещани в практиката компоненти.
Елементите могат да се дефинират като активни или пасивни в зависимост от това дали получават или поглъщат енергия от една страна, или просто я съхраняват. Като пасивни елементи можем да определим:
- Резистор - тип консуматор с два полюса, който приема електрическа енергия. Както подсказва името, основната му функция е съпротивителна;
- Индуктор - елемент, който съхранява енергия с помощта на магнитно поле;
- Кондензатор - устройство с два извода, предназначено за временно съхранение на електрически заряд, което едновременно с това притежава свойството да пропуска ток.
Като често срещани примери за активни елементи можем да посочим диодите, транзисторите и варисторите. Диодът е елемент, който има нееднаква проводимост в двете посоки, което позволява протичане на заряда по точно определен начин. Транзисторите са популярни в практиката полупроводникови устройства, предназначени да усилят или коригират равнището на електрически сигнал в системата. Варисторът е вид резистор, който променя съпротивлението си в зависимост от приложеното напрежение.
Кои са основните видове електрически вериги?
Първият тип класификация ги дефинира като затворени или отворени. Ако токът, който протича през тях, може да стигне безпрепятствено до изходната си точка, значи веригата е отворена. Обратно, ако съществува устройство, което прекъсва движението му при определени условия (като например автоматичен прекъсвач), значи е от затворен тип. Делят се още на такива с постоянен или променлив ток, като вторият вид са по-трудни за анализ.
По начина на свързване на консуматорите веригите се делят на успоредни, последователни или смесени. Това е и един от ключовите критерии, който определя размера на вече споменатите основни величини като големина, напрежение и съпротивление.
При последователния тип връзка има само една възможна пътека за протичане на тока, което означава, че големината му е еднаква за цялата система. Спадът на напрежението би бил пропорционален на съпротивлението и на размера на заряда. Мощността на веригата е сума от стойността на отделните компоненти, като същото е валидно и за съпротивлението.
При паралелното (успоредно) свързване съществуват няколко варианта за протичане на ток в зависимост от спецификите на конкретната верига, което означава, че в различните части на системата големината му варира спрямо съпротивлението на определения компонент. За сметка на това обаче напрежението се запазва едно и също. Съпротивлението от своя страна е равно на сбора от реципрочната стойност на резисторите.
При смесените вериги, които представляват комбинация от двата успоредно и паралелно свързани компоненти, параметрите се изчисляват по специфичен, значително по-усложнен начин.
Електрическите схеми - какво представляват и как да ги разчитаме?
Веригите се онагледяват с помощта на схеми, представляващи графично представяне на различните компоненти в тях. За всеки тип елемент като резистор, батерия, прекъсвач си има точно конкретен символ, който носи определено значение за хората, владеещи този сложен, но красив език.
Основните понятия, на които може да се натъкнете в практиката, са:
- Линии - чрез тях се представя пътя на проводниците между отделните елементи;
- Точки - мястото, където се пресичат поне две линии (проводници), които трябва да се свържат;
- Клон - част от веригата, в която елементите са свързани последователно и през тях минава един и същи ток;
- Възел - мястото, където се свързват поне три клона от веригата;
- Контур - всеки затворен кръг, образуван от последователно свързани клонове.
На база на това представяне бива направено и първото в исторически план изчисление на зависимостите между големината на тока и напрежението в смесени разклонени вериги, дело на Густав Кирхоф през далечния 19 век.
От тогава до сега човечеството е изминало дълъг технологичен път и е усъвършенстване методите си за анализ на веригите и схемите. Но за нас като обикновени крайни потребители е напълно излишно да изпадаме в подробности. Ако сме наясно със същността и важните му проявления в практиката, значи всичко е наред. Нека силата да бъде с вас, а електрическите схеми - ваш основен пътеводител при разчитането на заплетените вериги!