ההבדלים בין זרם חילופין לזרם ישר? - מַדָע - 2025

ההבדל בין הנוכחי משתנים וקבועים הוא ביסודו בדרך האלקטרונים לנוע החוטים שנושאים אותו. בזרם חילופין זוהי תנועה מתנדנדת, ואילו בזרם ישיר האלקטרונים זורמים בכיוון אחד בלבד: מהשלילי לקוטב החיובי.

אך ישנם הבדלים רבים יותר, החל מדור לייעול השימוש, הבטיחות וההובלה. לכל אחד היתרונות והחסרונות שלו, ולכן השימוש באחד או אחר תלוי ביישום.

	זרם חליפין	זרם ישר
כיוון הזרם	דו כיווני (מתנדנד)	חד כיווני (אחיד)
מָקוֹר	אלטרנטורים	מצברים, מצברים, דינמו
מקורות כוח אלקטרומוטיבי (emf)	מוליכים או מוליכים מסתננים או מסתובבים בנוכחות שדה מגנטי.	תגובות אלקטרוכימיות בתוך תאים וסוללות. מחוללי זרם חילופין מיתוג או תיקון עם דיודות
תדירות הפעלה	בשקעים ביתיים ותעשייתיים 50 הרץ או 60 הרץ	0 הרץ
מתח הפעלה	110 וולט או 220 וולט	1.5 וולט; 9V; 12 וולט או 24 וולט
מתח שידור למרחקים ארוכים	עד 380,000 וולט	לא ניתן להעביר אותו למרחקים ארוכים מכיוון שיש בו הפסדים רבים
אמפר מסתובב במנוע 1 כ"ס	שלב יחיד 110 וולט 60 הרץ: 16 אמפר	ב 12 וולט DC: 100 אמפר
זרם מקסימאלי לכל ג'אול הצריכה	110 וולט: 0.01 A / J 220 וולט: 0.005 A / J	12V: 0.08 A / J 9V: 0.1 A / J
אלמנטים פסיביים במעגלים	עכבות: - רסיסטיבי -קבלני -אִינְדוּקְטִיבִי	-הִתנַגְדוּת
יתרון	מעט הפסדים בעת הובלתם.	זה בטוח כי זה מתח נמוך. ניתן לאחסון בסוללות ובמצברים.
חסרונות	לא בטוח במיוחד בגלל מתח ההפעלה הגבוה.	לא ניתן להעביר אותו למרחקים ארוכים מכיוון שיש בו הפסדים רבים
יישומים	מקומי ותעשייתי: מכונות כביסה, מקררים, מפעלי ייצור.	ציוד אלקטרוני נייד: סמארטפונים, מחשבים ניידים, מכשירי רדיו, פנסים, שעונים.

זרם חליפין

לא ניתן לדבר על זרם חילופי מבלי להזכיר את ניקולה טסלה (1846-1943), המהנדס ממוצא סרבו-קרואטי שהמציא וקידם אותו. הוא היה זה שהפיק את מירב הפטנטים על היישומים, התחבורה והשימושים בו.

כל הפטנטים הללו הוקצו לחברה האמריקאית Westinghouse Electric Co על ידי היוצר שלה, על מנת להשיג את המימון הדרוש לניסויים ופרויקטים שלה.

הבדיקות הראשונות בזרם חילופין נערכו על ידי אחד מחלוצי החשמל העיקריים: מייקל פאראדיי (1791-1867), שגילה אינדוקציה אלקטרומגנטית ובנה את הגנרטור הראשון לזרם חילופין.

העברת זרם חילופין יעילה בהרבה. מקור: Pixabay.

אחד השימושים המעשיים הראשונים שלה בשנת 1855 היה אלקטרותרפיה עם זרם חילופין להפעלת התכווצות שרירים. לטיפול מסוג זה, זרם חילופין היה עדיף בהרבה על זרם ישר.

בהמשך 1876 המציא המהנדס הרוסי פאבל יבלוצ'קוב מערכת תאורה המבוססת על מנורות קשת חשמליות ומחוללי זרם חילופיים. עד שנת 1883 החברה האוסטרו-הונגרית גנץ וורקס כבר התקינה כחמישים מערכות תאורה שוטפות לסירוגין.

ההמצאות של טסלה

בין התרומות העיקריות של ניקולה טסלה לפיתוח ושימוש בזרם חילופין ניתן למצוא את המצאת המנוע החשמלי העובד עם זרם חילופין, ללא צורך להמיר לזרם ישר.

ניקולה טסלה המציא גם את הזרם התלת-פאזי, כדי להפיק את המרב מהאנרגיה בייצור והתשתית בהובלת חשמל. כיום משתמשים במערכת זו.

שַׁנַאי

התרומה הגדולה האחרת בפיתוח זרם חילופין הייתה המצאת השנאי. מכשיר זה מאפשר להעלות את המתח להובלה למרחקים ארוכים ולהורדת המתח לשימוש בטוח יותר בבתים ובתעשייה.

בהחלט, המצאה זו הפכה זרם חילופי לחלופה טובה יותר כשיטת חלוקת חשמל מאשר שיטת זרם ישר.

מבשר השנאי המודרני היה מכשיר ליבת ברזל בשם "גנרטור משני", שהוצג בלונדון בשנת 1882 ובהמשך בטורינו, שם שימש לתאורה חשמלית.

שנאי ליבת הברזל הסגור הראשון, כפי שאנו מכירים אותו היום, הוצג על ידי שני מהנדסים הונגרים מחברת גאנז בבודפשט. הפטנטים נרכשו על ידי ווסטהאוס אלקטריק ושות '.

מאפיין יסודי של שנאי

המאפיין הבסיסי של השנאי הוא שהמנתח בין מתח היציאה ב- V _S המשני לבין מתח הכניסה ב- V _P הראשוני שווה למניין שבין מספר הסיבובים של המתח המתפתל V ₂ חלקי מספר הסיבובים של ה- סלילה ראשונית מס ' ₁ :

V _S / V _P = N ₂ / N ₁

פשוט על ידי בחירת יחס הסיבובים המתאים בין הראשוני לשני של השנאי, ניתן להשיג את מתח היציאה הנכון בצורה מדויקת וללא אובדן כוח ניכר.

שנאי סכמטי. מקור: Wikimedia Commons. קונדליניזרו

מערכת ההפצה החשמלית המסחרית הראשונה שהשתמשה ברובוטריקים נחנכה במדינת מסצ'וסטס, ארצות הברית, בשנת 1886.

אולם אירופה עמדה בקצב ההתפתחות החשמלית, שכן באותה שנה הותקן בקירצ'י שבאיטליה קו תמסורת המבוסס על השנאי שהומצא לאחרונה, שהעביר זרם חילופין לאורך 30 ק"מ במתח אפקטיבי של 2000 וולט. .

השנאי לא היה רק ​​מהפכה בתחום העברת החשמל. גם בתחום ענף הרכב, כאשר שימש את חברת פורד המנוע במערכת סלילי ההצתה של תקעים מצת פורד דגם T.

זרם ישר

זרם ישר ישיר הופק בשנת 1800 באמצעות המצאת הערימה הוולטאית, שנקראה כך מכיוון שהממציא שלה היה הפיזיקאי האיטלקי אלסנדרו וולטה, שחי בין השנים 1745-1827.

למרות שמקורו של הזרם לא הובן היטב, הפיזיקאי הצרפתי אנדרה מארי אמפר (1775-1836), זיהה שני קוטביות בתאים וולטאיים והניח שהזרם החשמלי זורם מהקוטב החיובי לקוטב השלילי.

כיום משתמשים עדיין באמנה זו, למרות שידוע כי נשאי המטען החשמלי הם האלקטרונים שהולכים בדיוק ההפך, מהטרמינל השלילי למסוף החיובי.

איור 4. זרם ישר מאוחסן בנוחות ובנוחות בסוללות. (pixabay)

הממציא הצרפתי היפוליט פיקסי (1808–1835) בנה גנרטור המורכב מלולאה או לולאה של חוט שמסתובבים סביב מגנט, וציין כי בכל מחצית הסיבוב התהפך הזרימה הנוכחית.

לפי הצעתו של אמפר, הממציא הוסיף קומוטטור וכך נוצר הדינמו הראשון או גנרטור זרם ישר.

לגבי מערכות תאורה חשמליות, בין 1870 ל- 1880 נעשה שימוש במנורות קשת חשמליות שדרשו מתח גבוה, זרם ישר או ישיר.

כידוע מתח גבוה מאוד לא בטוח לשימוש בבתים. במובן זה, הממציא האמריקני תומאס אלווה אדיסון (1847-1931) הפך את השימוש בחשמל לצורכי תאורה בטוח ומסחרי יותר. אדיסון שיכלל את נורת ליבון בשנת 1880 והפך אותה לרווחית.

מלחמת הזרמים: AC מול DC

כשם שניקולה טסלה היה המקדם של זרם חילופין, תומאס אלווה אדיסון היה המקדם של זרם ישר כיוון שהוא ראה את זה בטוח יותר.

אפילו כדי להרתיע משימוש בזרם חילופין למטרות מסחריות, המציא אדיסון את הכיסא החשמלי הנוכחי לסירוגין, כך שהציבור יבין את הסכנה שלו לחיי אדם.

בתחילה, ניקולה טסלה עבדה בחברת הכוח אדיסון חשמל ותרמה תרומות שונות לשיפור הגנרטורים הזרמים הישירים.

איור 5. משמאל לימין הנרי פורד, תומאס אדיסון, נשיא ארצות הברית, וורן ג. הרדינג, והארווי ס. פירסטון, 1921, באמצעות ויקימדיה.

אך מכיוון שטסלה הייתה משוכנעת ביתרונות של זרם חילופין מבחינת הובלתו והפצתו, לא לקח זמן רב עד שההבדלים עם אדיסון הביאו שני אישים חזקים אלה לעימות. כך החלה מלחמת הזרמים: AC מול. זֶרֶם יָשָׁר.

היתרונות של העברת זרם חילופין ומערכות חלוקת זרם חילופין ראשונות בין עירוניות בשנת 1891 גרמו לאדיסון, שהמשיך בעקשנות להמליץ ​​לזרם ישר, לאבד את נשיאותה ואת הכוונה של החברה שהקים, אשר עברה להיקרא חברת ג'נרל אלקטריק.

גם ניקולה טסלה לא ניצח במלחמה זו, כי בסופו של דבר ג'ורג 'ווסטינגהאוס ובעלי המניות בחברה שלו הפכו למיליונרים. טסלה, שהפכה אובססיבית לרעיון העברת כוח חשמלי למרחקים ארוכים ללא חוטים, בסופו של דבר ענייה ונשכחה.

זרם ישיר מתח גבוה

הרעיון של שימוש בזרם ישיר להפצת כוח חשמלי למרחקים ארוכים לא הושלך לחלוטין, מכיוון שמערכות כאלה פותחו בשנות החמישים.

כיום כבל הצוללת הארוך בעולם להובלת אנרגיה חשמלית, כבל NorNed, המקשר בין נורבגיה להולנד, משתמש בזרם ישר של 450 אלף וולט.

איור 6. איור 6. מסלול כבל הצוללת NorNed בין הולנד לנורווגיה, הנושא זרם ישר דרך הים הצפוני. מקור: Wikimedia Commons.Michiel1972

השימוש בזרם חילופין לכבלי צוללת אינו מתאים מאחר ומי ים הם מוליך חשמל מעולה וכבל צוללת זרם חילופין גורם לעורכי זרם מים מלוחים. זה יגרום לאובדן גדול של האנרגיה החשמלית שרוצה להעביר.

זרם ישיר מתח גבוה משמש גם כיום להפעלת רכבות חשמליות באמצעות מסילות.

הפניות

1. Agarwal, T. (2015). ה- ProCus. נלקח מה ההבדל בין זרמי AC ו- DC: elprocus.com
2. (2017). להתבדל. הושג מ AC לעומת DC (זרם חילופין לעומת זרם ישיר): diffen.com
3. Earley, E. (2017). הנדסה בית ספרית. נלקח מה ההבדל בין AC ל DC?: Engineering.mit.edu
4. ח'טרי, אני (19 בינואר 2015). קווורה. נלקח מה ההבדל בין זרמי AC ו DC?: Quora.com
5. (2017). SparkFun Electronics. הושג מזרם חילופין (AC) לעומת זרם ישר (DC): learning.sparkfun.com.
6. ויקיפדיה. זרם חליפין. התאושש מ: es.wikipedia.com
7. ויקיפדיה. זֶרֶם יָשָׁר. התאושש מ: es. wikipedia.com
8. ויקיפדיה. כבל NorNed. התאושש מ: es. wikipedia.com