جریان مستقیم (DC)

همان  گونه که  می دانید  دو نوع مختلف جریان در  پیرامون ما  وجود دارد

 

 یکی از این جریان ها،  جریان مستقیم  یا  (DC=Direct Current) است که در آن، مقدار بار ثابتی در یک جهت حرکت می کند. نوع دیگر جریان، جریان متناوب یا (AC=Alternating Current) است که بارها در این نوع جریان در دو جهت مخالف حرکت می کنند.

 

 به شکل ابتدای صفحه با دقت نگاه کنید که توسط توماس ادیسون در دهه 1800 میلادی برای جریان مستقیم اصلاح شده پیشنهاد شده است.

البته باید بدانید که اوج شهرت جریان DC در سال 1887 بود. در آن زمان، ایستگاه های برق بسیاری در سرتاسر ایالات متحده وجود داشت.

 

حرکت در یک جهت:

جریان در مدارهای مستقیم در یک جهت ثابت حرکت می کند. مقدار جریان می تواند تغییر کند اما همیشه از نقطه ای به نقطه دیگر شارش خواهد داشت. بهتر است اکنون از چیزی که مورد علاقه فیزیک دان ها یا متخصصین برق است، یعنی"جریان قراردادی" صحبت کنیم.

 

شاید می دانید که فیزیک دان ها از بارهای مثبت برای رسم خطوط میدان الکتریکی استفاده می کنند. با پذیرفتن این مدل، فیزیک دان ها عقیده دارند شارش بار بیش تر بر عهده بارهای مثبت است تا الکترون ها.

 

بنابراین اگرچه الکترون ها از سمت منفی به مثبت شارش می کنند، طبق قرارداد، فیزیک دان ها جهت جریان قراردادی را از نقطه ای با ولتاژ/پتانسیل بالا به نقطه ای با ولتاژ/پتانسیل پایین در تظر می گیرند.

 

به یاد داشته باشید که پتانسیل مانند ارتفاع الکتریکی است؛ این به معنای آن است که جریان قراردادی به سمت پایین تپه و سد پتانسیل شارش پیدا می کند.

 

الکترون ها از ناحیه ای که فزونی بار منفی دارد، به سمت ناحیه ای که کمبود بار منفی دارد یا بار مثبت دارد، حرکت می کنند؛ یعنی الکترون ها از"-" به "+" حرکت می کنند، اما جریان قراردادی در جهت مخالف با جهت این بارهاست. وقتی یک مدار تشکیل می دهید، جریان قراردادی از "+" به "-" خواهد بود.

 

در فلش زیر، مقایسه جریان مستقیم با حرکت جریان آب در یک توربین را می بینید:

 

باتری ها:

 

بهترین مثال برای جریان مستقیم را در باتری ها می توان یافت. باتری ها دارای دو سر مثبت و منفی هستند. اگر سیمی را به دو انتهای + و – یک باتری متصل کنید، الکترون های درون سیم، شروع به حرکت و شارش خواهند کرد و از حرکت الکترون ها جریان به وجود خواهد آمد.

اگر لامپ کوچکی را به مجموعه این باتری و سیم (مدار) اضافه کنید، می توانید ثابت کنید شارش به وجود آمده از اتصال سیم به باتری، باعث حرکت الکترون ها در سیم شده و در نهایت باعث روشن شدن لامپ خواهد شد؛

 یعنی حرکت الکترون ها از طریق سیم به درون رشته های لامپ (فیلامان) باعث روشن شدن آن می شود.

 

جریان مستقیم، محدودیت های زیادی دارد؛ از جمله این که ماشین های الکتریکی می توانستند الکتریسیته را قبل از این که توان آن کم شود، تنها حدود یک مایل ( حدود 1.60 کیلومتر) هدایت کنند. برای همین، زمانی که جرج وستینگهاوس (George Westinghouse) سیستم خود را که با جریان متناوب و ولتاژ بالا کار می کرد، معرفی کرد. این نوع سیستم می توانست الکتریسیته را تا هزاران کیلومتر و با افت توان کم تر منتقل کند. در نهایت بین این دو جریان، از جریان متناوب AC استفاده شد. شکل زیر می تواند این مطلب را کمی روشن کند:

باید دقت کنید که گزینه نخست سمت چپ جریان DC را نشان می دهد و گزینه دوم، جریان AC را.

 

منبع جریان مستقیم همواره در کل دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. هر چیزی که به باتری نیاز دارد، با جریان مستقیم کار می کند. در برخی کشورها از منبع تغذیه قابل حمل و نقل استفاده می شود؛ چون ممکن است در برخی از منازل، سیم کشی الکتریکی وجود نداشته باشد.

 

سیم کشی منازل شما AC یا متناوب است؛ این نوع جریان کاملا متفاوت با جریان مستقیم است. ابزارها و ماشین هایی وجود دارند که جریان DC را به AC تبدیل می کنند. این گونه ماشین ها از یک باتری برای این تبدیل استفاده می کنند. یخچال،  یک نمونه خوب از این ماشین هاست.

جریان متناوب AC نوعی از جریان است که در تمام منازل و کارخانجات و در تمام دنیا از آن استفاده می شود. می دانیم که برخلاف جریان DC که در آن شارش الکترون ها در یک جهت خاص اتفاق می افتد، در جریان AC الکتریسیته به صورت رفت و برگشت جریان پیدا کرده و جهت آن در حال تغییر است.

 

این جهت، بین 50 و 60 بار در هر ثانیه تغییر می کند و این تغییر به سیستم الکتریکی هر کشور بستگی دارد.

 

الکتریسیته AC توسط ژنراتور الکتریکی متناوب تولید می شود؛ که این وسیله، فرکانس را معین می کند (به دلیل این که در جریان متناوب از تغییر جهت و نوسان در واحد زمان صحبت می کنیم، بنابراین در این نوع از جریان با فرکانس نیز سروکار داریم).

مطلب جالبی که در مورد جریان متناوب وجود دارد، آن است که ولتاژ می تواند به سرعت و به راحتی تغییر کند؛ برای همین، این نوع از جریان برای انتقال به فواصل دور بسیار بهتر از جریان DC است. علاوه بر این، جریان AC می تواند در مدارهای الکترونیکی، از خازن ها و القاگرها استفاده کند و کاربردهای زیادی از این نوع جریان و مدارهای AC می توان داشت.

سوالات مهم:

ممکن است این سۆالات ذهن شما را درگیر خود کنند:

 

 

تفاوت بین جریان AC و  DC چیست؟

چرا از جریان AC به جای DC استفاده می کنیم؟

مزیت های جریان AC کدامند؟

 

البته پاسخ تمامی این سوالات به طور مختصر در مطلب قبل و ابتدای این مطلب بیان شد، اما اگر باز هم اشکالی در این سۆالات دارید، جواب این سۆالات را در زیر خواهید یافت.

 

تفاوت بین جریان AC و DC:

می دانید که الکترون ها بارهای منفی دارند. از آن جایی که بارهای متضاد همدیگر را جذب می کنند، پس الکترون ها به سمتی که بارهای مثبت در آن قرار دارند، حرکت خواهند کرد. این حرکت در یک رسانای الکتریکی مانند سیم فلزی به راحتی  به وجود می آید.

 

الکترون ها در جریان DC به طور مستقیم حرکت می کنند:

در جریان DC اتصال یک سیم از قطب منفی یک باتری به قطب مثبت، باعث می شود الکترون های منفی از طریق سیم به سمت مثبت حرکت می کنند. همین اتفاق در یک ژنراتور DC نیز تکرار می شود که در آن، حرکت سیم پیچ از میان میدان الکتریکی، الکترون ها را از یک قطب به بیرون می راند و آن ها را به سمت قطب دیگر جذب می کند.

 

الکترون ها در جریان AC تغییر جهت می دهند:

 

در فلش مربوط به تفاوت جریان DC و AC مطلب قبل این نکته را به طور واضح دیدید. ژنراتور AC یک تفاوت مختصر در پیکربندی، کشش و دفع هر قطب ژنراتور را تغییر می دهد. بنابراین جریان در سیم برای لحظه ای کوتاه جرکت کرده و بعد، هنگامی که آرمیچر ژنراتور، وضعیت خود را عوض می کند، جهت جریان معکوس می شود.

 

 

همین وضعیت نشان دهنده حرکت الکترون ها در یک سیم با جریان AC است. البته هر دو انتهای سیم به ژنراتور AC یا منبع جریان باید وصل شوند.

 

 

بار موجود در دو انتهای سیم بین مثبت و منفی نوسان می کند. اگر بار، منفی است، الکترون های منفی را از قطب دور می کند و اگر مثبت است، الکترون ها به جهت آن ها جذب می شوند.

 

خاصیت های جریان متناوب

 

آهنگ تغییر:

جریان AC معمولا به تعداد 50 تا 60 بار در هر ثانیه جهت خود را تغییر می دهد؛ سیستم الکتریکی هر کشوری می تواند بر تعداد این ارقام تأثیر بگذارد. تعداد تغییرات جهت نوسان در واحد زمان، فرکانس نامیده می شود و بنابراین فرکانس جریان AC معمولا یا 50 هرتز و یا 60 هرتز است.

 

چراغ ها و لامپ ها:

بسیاری از وسایل الکتریکی مانند لامپ ها تنها به حرکت الکترون ها نیاز دارند و این که آن ها از درون سیم حرکت می کنند یا مسیر حرکت خود را تغییر می دهند، مهم نیست. بنابراین یک لامپ هم می تواند با جریان DC کار کند و هم با جریان AC.

 

جریان AC یک حرکت تناوبی را نشان می دهد:

 

 

وقتی جریان الکتریسیته AC به یک سیم وصل شود، حرکت منظم در دو جهت مخالف برای الکترون ها، یک حرکت تناوبی مشابه حرکت آونگ است.

به دلیل این حرکت تناوبی الکترون ها، ولتاژ و جریان، یک شکل موجی سینوسی بین مثبت و منفی خواهند داشت که می تواند با یک ولت متر یا مولتی متر اندازه گیری شود.

آهنگ گذر قله جریان (بیش ترین مقدار موج سینوسی جریان) از یک نقطه خاص مدار، فرکانس جریان AC نامیده می شود.

 

مزیت های جریان AC:

جریان AC مزیت های کاملا مشخصی نسبت به جریان DC دارد. تبدیل ولتاژ بسیار سریع و آسان در جریان AC، دلیل اصلی استفاده از این نوع جریان در منازل و کارخانجات است.

 

تبدیل ولتاژ:

ولتاژ جریان AC می تواند به راحتی از کم ترین مقدار به بیش ترین مقدار و برعکس تغییر کند؛ در حالی که برای جریان DC این تغییر بسیار سخت صورت می گیرد.

از آن جایی که ولتاژ بالا برای فرستادن الکتریسیته به نقاط دور، کارایی بیش تری دارد، این نوع جریان بر جریان DC برتری دارد. هم چنین این نوع جریان می تواند به راحتی از ایستگاه برق با ولتاژ زیاد به ولتاژ ایمن تر برای استفاده در منازل، کاهش یابد.

تغییر ولتاژ با استفاده از یک ترانسفورماتور (مبدل) انجام می شود، این وسیله از خواص آهن ربای الکتریکی AC برای تغییر دادن ولتاژ استفاده می کند.

 

 

مدارها:

جریان AC می تواند استفاده از خازن و القاگر در یک مدار الکترونیکی را فراهم کند. این قطعات می توانند بر روی چگونگی تغییر جریان عبوری از یک مدار تاثیر بگذارند؛ هم چنین این قطعات تنها با جریان AC کارامد هستند.

ترکیب خازن، القاگر و مقاومت، به عنوان یک وسیله تنظیم کننده امواج دریافتی در رادیوها و تلویزیون ها می شود. بدون این قطعات، متناسب کردن امواج ایستگاه های مختلف بسیار دشوار خواهد بود.

 

در انتهای این مطلب، سوالاتی مطرح می شود که میزان درک مطلب را نشان خواهد داد.