Основы электроники: постоянный и переменный ток – макеты

Электрический ток, который непрерывно течет в одном направлении, называется постоянный ток или DC. Электроны в проводе, по которому течет постоянный ток, движутся медленно, но в конце концов они перемещаются от одного конца провода к другому, потому что продолжают двигаться в одном и том же направлении.

Напряжение в цепи постоянного тока должно быть постоянным или, по крайней мере, относительно постоянным, чтобы ток протекал в одном направлении. Таким образом, напряжение, обеспечиваемое батареей фонарика, остается постоянным на уровне около 1.5 В.

Положительный конец батареи всегда положителен по отношению к отрицательному концу, а отрицательный конец батареи всегда отрицателен по отношению к положительному концу. Именно это постоянство толкает электроны в одном направлении.

Другой распространенный тип тока называется переменный токсокращенно AC. В цепи переменного тока напряжение периодически меняется на противоположное. Когда напряжение меняется на противоположное, меняется и направление тока.

В наиболее распространенной форме переменного тока, используемой в большинстве систем распределения электроэнергии по всему миру, напряжение меняется на противоположное 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от страны. В Соединенных Штатах напряжение меняется на противоположное 60 раз в секунду.

Переменный ток используется почти во всех мировых системах распределения электроэнергии по той простой причине, что переменный ток намного эффективнее, когда он передается по проводам на большие расстояния. Все электрические токи теряют мощность при протекании на большие расстояния, но цепи переменного тока теряют гораздо меньше мощности, чем цепи постоянного тока.

Электроны в цепи переменного тока на самом деле не движутся вместе с током. Вместо этого они как бы сидят и покачиваются взад-вперед. Они двигаются в одном направлении за 1/60 секунды, а затем разворачиваются и идут в другом направлении за 1/60 секунды. В результате они никуда не денутся.

Для вашего дальнейшего просвещения, вот несколько дополнительных интересных и полезных фактов о переменном токе:

популярная игрушка под названием Колыбель Ньютона может помочь вам понять, как работает переменный ток. Игрушка состоит из набора металлических шариков, подвешенных на верёвке к раме таким образом, что шарики касаются друг друга по прямой линии.

Если вы оттянете мяч на одном конце линии от других шаров, а затем отпустите его, этот мяч вернется к линии шаров, ударится о тот, что на конце, и мгновенно оттолкнет мяч на другом конце линии. подальше от группы.

Этот мяч немного качается вверх, а затем разворачивается и качается обратно вниз, чтобы ударить группу с другого конца, что затем отталкивает первый мяч от группы. Это попеременное движение вперед и назад продолжается удивительно долго, если игрушка тщательно сконструирована.

Переменный ток работает примерно так же. Электроны сначала движутся в одном направлении, но затем разворачиваются и движутся в другом направлении. Движение электронов в цепи вперед и назад продолжается до тех пор, пока напряжение продолжает меняться на противоположное.

Изменение напряжения в типичной цепи переменного тока не происходит мгновенно. Вместо этого напряжение плавно колеблется от одной полярности к другой. Таким образом, напряжение в цепи переменного тока постоянно меняется. Оно начинается с нуля, затем немного увеличивается в положительном направлении, пока не достигнет своего максимального положительного напряжения, а затем уменьшается, пока не вернется к нулю.

В этот момент оно увеличивается в отрицательном направлении, пока не достигнет своего максимального отрицательного напряжения, после чего снова уменьшается, пока не вернется к нулю. Затем весь цикл повторяется.

Физиологическое действие электрического тока

Электрический ток определяется как скорость протекания отрицательных зарядов проводника. Чтобы возник электрический ток, он должен пройти через материал. Когда поток электронов, обеспечиваемый электричеством, встречает сопротивление, это приводит к рассеиванию энергии в виде тепла. При чрезмерном выделении тепла ткань может обжечься. Физиологически разница между обычным ожогом и ожогом, вызванным электричеством, заключается в том, что электричество обладает способностью сжигать ткани под кожей, даже обжигая внутренние органы без видимых внешних признаков этого.

Контакт с электрическим током может иметь различные последствия для человеческого организма, такие как боль, ожоги или даже смерть. Есть много факторов, влияющих на то, как тело взаимодействует с током, таких как сопротивление кожи, напряжение, продолжительность контакта, количество электрического тока и его интенсивность. Организм крайне чувствителен к воздействию электрического тока, поэтому такой сценарий может привести к самым разным последствиям. Во-первых, это нарушает нормальную работу нашей нервной и мышечной систем. Другая причина, по которой ток проходит через ваше тело, преобразуется в тепловую энергию. Это может вызвать серьезные ожоги как внутри тела, так и на коже.

Токи силой около 10 мА могут вызвать очень болезненный шок. Чем дольше ток продолжает проходить через вас, тем хуже становится. Вырабатывается больше тепла, и увеличивается ущерб, наносимый вашему телу, поэтому неспособность расслабиться может вызвать серьезные проблемы. Токи свыше 100 мА почти всегда смертельны, если не будет оказана немедленная медицинская помощь.

Величина тока, проходящего через человеческое тело, зависит от двух вещей: напряжения, подаваемого источником, и электрического сопротивления вашего тела. Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные последствия поражения электрическим током. Большинство эффектов, связанных с током, возникают в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов.

Содержание

Казнь электрическим током [ править | редактировать источник ]

Поражение электрическим током или так называемый электрический шок происходит при прохождении тока через тело человека. Реальная мера силы поражения электрическим током напрямую связана с величиной тока (закон Ома) в амперах, проходящего через тело, а не с напряжением. Сопротивление также играет очень важную роль в количестве энергии, проходящей через тело. В зависимости от сопротивления тела, влажного (500 Ом) или сухого (1000 Ом) и точки контакта, мы имеем очень разные эффекты для одного и того же тока.

Напряжение и электропорация [ редактировать | редактировать источник ]

Напряжение, также известное как электрическое напряжение, определяется как сила, которая проталкивает электрический ток через тело. Ток течет для любого заданного напряжения в зависимости от сопротивления. Именно ток определяет физиологические эффекты.

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения по всей длине ткани. Основной проблемой электропорации является существенная гибель клеток, вызванная импульсами высокого напряжения, и лишь ограниченное восстановление мембраны. Именно поэтому даже незначительный контакт с током может привести к глубоким травмам тканей.

Общие эффекты электрического тока [ править | редактировать источник ]

Общие эффекты электрического тока различны для мужчин, женщин и детей. При одинаковой силе тока у женщин симптомы обычно хуже, чем у мужчин. В случае ребенка или младенцев обычно имеется отчетливая темная отметина, похожая на ожог на губах, когда-то в первые годы жизни младенцы используют рот для познания окружающего мира.

Электричество в нервной системе [ редактировать | редактировать источник ]

Одно из наиболее значительных физиологических воздействий электричества касается нервной системы. Электричество может воздействовать на всю сеть нервных клеток и нейронов, которые обрабатывают и проводят сигналы, отвечающие за регуляцию функций нашего организма. Сенсорные и моторные органы нашего тела, такие как головной и спинной мозг, работают вместе, чтобы позволить ему двигаться, отвечать, думать, ощущать и запоминать. Нервные клетки общаются, создавая электрические сигналы с очень малым напряжением. Если электрический ток достаточной величины проходит через живые ткани, его действие будет подавлять естественные импульсы нейронов, перегружая нервную систему и блокируя прохождение произвольных импульсов, активизирующихся в мышцах. Затем мышцы непроизвольно сокращаются (тетания).

Различные эффекты переменного и постоянного тока [ редактировать | редактировать источник ]

Воздействие переменного тока (переменного тока) в значительной степени зависит от частоты, низкая частота, как правило, гораздо более опасна, чем высокая частота. Переменный ток той же силы тока и напряжения, что и постоянный, более опасен и оказывает худшее воздействие на организм человека. Низкочастотный переменный ток вызывает мышечное сокращение (тетанию), которое может вызвать эффект «не могу отпустить», замораживая мышцы руки. Это происходит потому, что сгибатели кисти сильнее разгибателей, поэтому при внешней электрической стимуляции сгибатели превосходят разгибатели. AC имеет тенденцию вызывать фибрилляцию сердца, в то время как DC вызывает остановку сердца. Именно поэтому дефибриллятор – это аппарат постоянного тока, который останавливает сердце и дает шанс на выздоровление.

Сопротивление кожи [ редактировать | редактировать источник ]

Сопротивление измеряется в омах.

Организм человека имеет собственное сопротивление электрическому току, 99% которого приходится на кожу. Как уже упоминалось, сухая и влажная кожа спереди имеют очень разные значения сопротивления, но это не единственный аспект, который следует учитывать при поражении электрическим током. Порезы и глубокие ссадины кожи способствуют значительному снижению сопротивления кожи. Кожа действует как конденсатор и позволяет протекать большему току, если напряжение быстро меняется. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом, что связано с влажными, относительно солеными тканями под кожей. Кожа разрушается от 500 В и выше, что приводит к снижению сопротивления тела, что может означать, что большее количество тока проникает в тело, повреждая нервы и мышцы. Это одна из причин, почему иногда происходит не значительное повреждение кожи, а значительное повреждение глубоких тканей.

Травмы, вызванные электричеством [ редактировать | редактировать источник ]

Поражение электрическим током — физическое воздействие и бурная реакция на электрический ток, поступающий в организм. После контакта с электрическим током возникают первичные электротравмы, свидетельствующие о повреждении тканей. Электрический ток способен вызвать сильные ожоги тела. Причина кроется в рассеивании мощности на электрическом сопротивлении тела. Шок может вызвать: остановку сердца, ожоги тканей и органов, мышечные спазмы, серьезные последствия для нервной системы и другие неожиданные последствия. Другие расстройства могут появиться через несколько недель или месяцев после шока, в зависимости от того, через какие органы прошел ток.

Еще одно замечание, на которое следует обратить внимание, — это различные эффекты переменного и постоянного тока. Что касается переменного тока, то он зависит в основном от частоты, ведь переменный ток низкой частоты более опасен, чем переменный и постоянный ток высокой частоты того же напряжения.

Низкочастотный переменный ток вызывает длительное мышечное сокращение-столбняк. Столбняк состояние, при котором мышцы непроизвольно сокращаются из-за прохождения внешнего электрического тока через тело. Когда непроизвольное сокращение мышц, контролирующих пальцы, приводит к тому, что пострадавший не может отпустить проводник под напряжением, говорят, что пострадавший застыл в цепи.

Постоянный ток, скорее всего, вызовет однократное судорожное сокращение, которое часто отталкивает пострадавшего от источника тока.

Постоянный ток (DC) с большей вероятностью вызовет мышечный столбняк, чем переменный ток (AC), в результате чего постоянный ток с большей вероятностью может «заморозить» пострадавшего в сценарии шока. Тем не менее, переменный ток с большей вероятностью вызовет фибрилляцию сердца жертвы, что является более опасным состоянием для жертвы после того, как ток разряда был остановлен.

При электрическом ожоге в основном поражаются внутренние органы. Ожоги такого рода могут проявляться незначительно или вообще не проявляться на коже. Они вызваны теплом, выделяющимся из-за сопротивления тела проходящему через него току. Эти случаи более опасны, чем внешние повреждения.

Внутренние ожоги являются разрушительными и часто имеют серьезные последствия: рубцевание, ампутацию, потерю функции, потерю чувствительности и даже смерть. Например, если разрушено большое количество тканей, большое количество образующихся отходов может вызвать серьезные нарушения кровообращения или почек.

Сердечные эффекты являются одними из самых серьезных и наиболее распространенных электротравм. Дело в том, что сердце занимает центральное анатомическое место в грудной клетке и поражается чаще, чем другие внутренние органы, потому что электрический ток обычно следует по пути наименьшего сопротивления в организме вдоль кровеносных сосудов и нервов, направляя ток к сердцу.

Аритмии: Воздействие тока высокого напряжения с большей вероятностью вызовет асистолию сердца, но даже переменный ток низкого напряжения может вызвать остановку сердца из-за фибрилляции желудочков. Предполагается, что механизм индуцированной сердечной аритмии заключается в начальном повреждении сердечной мышцы и последующем образовании рубцов, ведущих к аномалиям. электрическая активация сердца.

Брадикардия: Травмы могут быть результатом вмешательства в нормальную проводящую систему. Сино-предсердные и атриовентрикулярные узлы, ответственные за генерацию и распространение импульсов в сердце, могут быть более восприимчивы к поражению электрическим током, чем другие клетки сердца.

Травма сердечной мышцы: боль в груди может отсутствовать, а травма может проявляться только неспецифическими электрокардиографическими изменениями, повышением уровня белков миокарда в крови – тропонинов из поврежденных тканей. Иногда, в основном после аварий с высоким напряжением, инфаркт миокарда может быть вызван окклюзией коронарных артерий тромбами или спазмом.

Кровеносные сосуды: Стенки кровеносных сосудов, по которым ток прошел достаточно долго, чтобы вызвать некротические изменения, становятся ломкими и рыхлыми. Претерпевает изменения внутренняя эндотелиальная выстилка сосуда и пристеночные тромбы прикрепляются к интиме.

Неврологический: Повреждение нервной ткани может вызвать потерю сознания, нарушение памяти, повреждение спинного мозга, паралич или потерю чувствительности в конечностях.

Электричество может проходить через спинной мозг поперечно, косо или продольно, что приводит к множеству различных синдромов спинного мозга. Могут оставаться постоянные дефекты, среди которых распространены синдромы потери клеток переднего рога. Периферические нервы также могут быть временно парализованы или более необратимо повреждены тепловыми эффектами от прохождения тока или прямыми ожогами.

Нейропсихологические проблемы часто недооценивают, но сообщалось о посттравматическом стрессовом расстройстве, депрессии и хронической нейропатической боли.

Глаз: Изменения, наблюдаемые на глазах, обычно являются поздними осложнениями электротравмы.

Костно-мышечной системы: В одних случаях электрическая дуга прожигает глубокую дыру в кости, при этом могут быть поражены мозговые оболочки и головной мозг, в других случаях менее тяжелых видов аварий кость часто обнажается за счет разрушения мягких тканей . Переломы костей и вывихи. Прямое повреждение мышц, а также компартмент-синдром.