Zainspirowany przez Annihilatora odważyłem się spłodzić kolejny wpis do mojego pseudo-technicznego bloga .
Czemu prąd płynie choć go nie widać ? Czemu żarówka świeci, silnik się kręci a tzw farelka grzeje?
Skupmy się więc na tym co to jest prąd w uproszczeniu . Prąd jest przepływ elektronów w przewodniku wywołany różnicą potencjałów obwodu elektrycznego.
Po naszemu musimy mieć źródło napięcia ( różnicy potencjału) aby wywołać przepływ prądu . Bateria , akumulator , prądnica , sieć energetyczna.
Rozrózniamy dwa głowne typy prądu - prąd zmienny i prąd stały .
Prąd stały mamy wtedy jeśli źródło napięcia ma stały niezmienny potencjał na swoich zaciskach tzw + i - . Wtedy prąd w postaci elektronów (jonów ujemnych) przepływa z ujemnego potencjału ,,minusa'' do potencjału dodatniego ,,plusa'' przez przewodnik jakim jest metal , roztwory soli , kwasów itp .Prąd zmienny lub bardziej fachowo przemienny z jakim mamy do czynienia w sieci energetycznej cały czas zmienia kierunek przepływu od jednego bieguna do drugiego .
Czemu w sieci mamy do czynienia z prądem przemiennym ? Prąd taki jest łatwiej wytworzyć , przesłać oraz co najważniejsze prawie bezstratnie mozna zmienić napięcie prądu przemiennego , wystarczy do tego prosty transformator którego sprawność oscyluje w okolicach 99% . Prąd stały nie jest tak elastyczny . W przypadku prądu stałego każda zmiana napięcia tego prądu wiąże się z dużymi stratami energii w postaci ciepła na opornicach , czy elektronicznych przetwornicach napięcia .
Kolejne pytanie jak się to dzieje , że przepływ prądu wywołuje świecenie żarówki , kręcenie silnika , czy grzanie grzejnika ? Dzieje się tak dlatego , że przepływowi prądu zawsze towarzyszą dwa zjawiska fizyczne . Pierwsze to wydzielanie ciepła, a drugie to wytwarzanie pola elektrycznego i magnetycznego wokół przewodu w którym płynie prąd .
Teraz do sedna . Żarówka świeci dlatego , że żarnik w postaci drutu wolframowego (metalu o bardzo wysokiej temp topienia) w szklanej bańce w atmosferze próżni na skutek przepływu prądu rozżarza się do białości . Oczywiście żarnik musi mieć dobraną grubość i długość drucika do odpowiedniego napięcia , które wywoła żarzenie i spali w sekundę żarówki . Dlatego żarówka na 220 V nie zaświeci nam z baterii 1,5 V , ani nawet na akumulatora 12 V . Natomiast żarówka na 12 V ulegnie natychmiastowemu przepaleniu podczas próby podłączenia jej do 220 V .Zalety i wady zwykłej żarówki ?? Zaleta jest jedna , widmo światła zwykłej żarówki jest tzw ciepłym źródłem najbardziej przyjaznym oku ludzkiemu . Wad żarówka ma mnóstwo m.in : niska trwałość , prądożerność sprawność żarówki wynosi ok 5 % , tzn , ża aż 95 % dostarczonej energii nie jest zamieniane w światło tylko w ciepło . Nie raz chyba się niektórzy poparzyli o gorącą żarówkę . Z powodu energochłonności zwykłej żarówki UE zdecydowała o stopniowym wycofywaniu tego źródła światła z produkcji .
Odmianą zwykłej żarówki , jest żarówka halogenowa .
Od dawna stosowana w samochodach , obecnie przebojem wkraczająca do oświetlenia mieszkań . Zasada działania ,, halogenki'' jest identyczna jak zwykłej żarówki z tą różnicą tylko , że żarnik halogenki nie jest w próżni tylko w atmosferze gazu halogenu . Gaz ten powoduje , że żarnik może bardziej się rozrzażyc bez uszkodzenia w jego atmosferze , tym samym podnosi się sprawność świecenia . Inne lampy to gama świetlówek , sodówek , lamp ksenonowych oraz modne ostatnio lampy LED . Świetlówki czy inaczej jarzeniówki są zbudowane ze szklanej rury o dowolnym kształcie z dwoma żarnikami na końcach .
Rury wypełnione są parami rtęci i gazu szlachetnego argonu . Działają tak . Najpierw rozgrzewane są żarniki na końcach rury , następnie dochodzi do wyładowań elektrycznych w atmosferze par rtęci i argonu między żarnikami . Widmo tych wyładowań jest niewidoczne , natomiast luminofor którym pokryte są rury wewnątrz świeci na skutek tych wyładowań . Zależnie jakim luminoforem są pokryte mogą świecić na różne kolory. Zalety , to energooszczędność . Wady to konieczność stosowania układu zapłonowego , kruchość i podatność na rozbicie , a największa wada to pary rtęci , które mogą się wydobyć do atmosfery po rozbiciu . Dlatego zachodzi konieczność profesjonalnej utylizacji lamp. Lampy sodowe też są lampami wyładowczymi tyle , że wyładowania wewnątrz lampy odbywają się w atmosferze par sodu i gazu szlachetnego .
Lampy charakteryzuje żółto-pomarańczowa barwa . Stosowane są zazwyczaj do ulicznych oświetleń . Lampy ksenonowe , to lampy łukowe . Inaczej mówiąc w bańce szklanej między elektrodami w atmosferze gazu jakim jest ksenon dochodzi do regularnego łuku elektrycznego . Stosowane w rzutnikach kinowych , a ostatnio robiące furorę jako oświetlenie w samochodach .
Światło z nich jednorodne o charakterystycznej bieli niebieskiej . Lampy trwałe , energooszczędne . Wymagają jednak wysokiego napięcia do pracy . Trzeba stosować przetwornice wysokiego napięcia do zasilania lamp. Kto ma samochód z takim oświetleniem to wie o czym piszę . W samochodach oprócz samych zalet mają jeszcze jedną istotną wadę . Nie da się mając te lampy puścić ,, oczka'' innemu kierowcy . Gdyż długo trwa od momentu włączenia lampy do osiągnięcia pełnej mocy świecenia . Producenci samochodów aby zminimalizować tę niedogodność , stosują sztuczki z układem zwierciadeł zamontowanych w reflektorach. Na koniec LED-y . Dioda LED to element pólprzewodnikowy , zbudowany ze związku chemicznego jakim jest arsenek galu . Przepływ prądu przez ten półprzewodnik wywułuje luminescencję (świecenie) .
Powyżej budowa diody LED. Poniżej LED na 220V
Wady i zalety ? Praktycznie same zalety tego źródła światła. Najwyższa energooszczędność (sprawność dochodzi 97%) ze wszystkich źródeł światła , wysoka żywotność sięgająca setek tysięcy godzin świecenia, możliwość świecenia różnymi barwami . Wada jest właściwie jedna , na razie wysoki koszt lamp na 220 V . To tyle o świeceniu .
Przejdźmy do tego co się kręci czyli różne silniki . Każdy silnik zbudowany jest ze stojana i wirnika . Stojan to zewnętrzna część silnika nieruchoma z nawiniętym uzwojeniem . Wirnik to część ruchoma silnika . W zależności z jakim silnikiem mamy do czynienia , ma uzwojenie nawijane drutem i komutator . Wtedy mamy do czynienia z silnikiem komutatorowym . Silniki takie mogą pracować i na napięcie stałe i na zmienne . Silnika takie są bardzo szeroko stosowane od wszelkich zabawek , poprzez elektronarzędzia , urządzenia gospodarstwa domowego typu odkurzacz , mikser , młynek do kawy i jako rozrusznik w samochodzie, a nawet jako silniki w lokomotywach elektrycznych i tramwajach .
Powyżej przekrój silnika komutatorowego
Czemu wirnik silnika się kręci? Przepływ prądu wywołuje pole magnetyczne . Prąd płynąc przez uzwojenia silnika powoduje , że bieguny magnetyczne stojana i wirnika oddziaływują na siebie , a komutator w silniku powoduje , że bieguny magnetyczne wirnika ulega ciągłej zmianie wywołując ruch obrotowy wirnika . Zalety silnika komutatorowego.
Silnik komutatorowy może uzyskiwać wysokie obroty , rzędu kilkunastu tysięcy obrotów i więcej( w odkurzaczu nawet do 30 tys obr/min) . Prosta metoda regulacji obrotów w postaci nie skomplikowanego układu elektronicznego wpinanego w obwód wirnika . Duży moment rozruchu . Silnik im ma większy opór mechaniczny , tym większy prąd przez niego przepływa i tym mocniejsze pole magnetyczne wytwarza . To jednak do pewnego momentu . Wada , zużywanie szczotek komutatora , podatność uzwojenia na wirniku do uszkodzeń.
Innym typem silnika jest silnik klatkowy . ten silnik tak samo zbudowany jest ze stojana i wirnika . Różnica polega na tym , że silnik klatkowy (indukcyjny) ma uzwojenie na wirniku , a na wirniku jest klatka z grubych prętów zwarta i nie mająca połączenia ani z wirnikiem , ani ze źródłem zasilania . Silnik pracuje tylko na napięcie zmienne, jednofazowe , lub trzyfazowe . Działa w ten sposób , że przemienne napięcie przepływając przez uzwojenie wirnika wywołuje zmienne pole magnetyczne . Z kolei zmienne pole magnetyczne wywołuje przepływ prądu w zwartej klatce wirnika .
Powyżej różne typy silników indukcyjnych.
Przepływ prądu w zwartej klatce wirnika też wywołuje pole magnetyczne . Oba pola oddziaływując na siebie powodują ruch obrotowy wirnika. Wadą tego silnika jest stałość obrotów , i niski moment obrotowy rozruchu . Obroty silników klatkowych są podsynchroniczne i w zależności ile biegunów uzwojenia nawinięto mają obroty 2800 , 1450 , 750 . Zalety . Prosta budowa , trwałość . Stosowane są w urządzeniach o lekkim rozruchu , pompy , piły stołowe , wentylatory .
Ostatni temat to grzejniki . Tu zasada działania jest niezwykle prosta . Grzejniki , podgrzewacze, żelazka , i inne farelki działają w oparciu o wydzielanie ciepła przepływem prądu przez drut oporowy . W zależności jaki drut i ile tego drutu zależy moc grzejna . Drut oporowy, niekiedy nazywana spiralką jest nawinięta na jakimś ceramicznym elemencie schowana wewnątrz obudowy, ciepło z grzejnika często jest wydmuchiwane jakimś wentylatorkiem . Często grzałki są zanurzone w oleju i wtedy mamy tzwa grzejniki olejowe z charakterystycznymi żeberkami . W żelazkach stosuje się osłonki ceramiczne , a w różnych podgrzewaczach wody i czajnikach stosuje się drut w osłonie ceramicznej zamkniętej w rurce metalowej . Ceramika nie przewodzi prądu , natomiast bardzo dobrze przewodzi ciepło. Zaleta ogrzewania elektrycznego to czystość , natychmiastowe działanie, komfort obsługi . Wady to koszty , ogrzewanie elektryczne jest najdroższe , konieczność stosowania mocnej dobrej instalacji elektrycznej .
Annihilator pytał co robić jesli w gniazdku elektrycznym iskrzy , lub coś nie działa . Zawołać fachowca ! Do wszelkich napraw w instalacji elektrycznej potrzeba minimalnej wiedzy , uwagi i zdolności manualnych na średnim poziomie . Pamiętać należy , że jakiekolwiek naprawy trzeba wykonywać po odłączeniu napięcia i sprawdzeniu i upewnieniu się , że tego napięcia tam nie ma za pomocą neonówki . Gniazdo elektryczne nie może się grzać w wyczuwalny sposób , a już w żadnym razie iskrzyć . Nie należy tolerować jakichkolwiek uszkodzeń zewnętrznych powłok przewodów, czy obudów urządzeń elektrycznych . Pamiętać i kontrolować stan bezpieczników , w żadnym razie nie wolno naprawiać drutem bezpieczników ! Od tego zależy bezpieczeństwo domowników i domu jako takiego !
