電流分為直流和交流兩種。電流的大小和方向不隨時(shí)間變化的電流叫做直流電,它的波形如圖11-2所示。通常使用的干電池,電路中電子始終由負(fù)極(鋅皮)流向正極(炭棒),而且大小不變,這就是直流電。
如果電流的大小和方向是隨時(shí)間作周期性變化,這樣的電流就叫做交流電,城市電網(wǎng)上供給的就是交流電。圖11-3所示是我們化驗(yàn)室中常用的電源,它是正弦交變電流,從0到t1這段時(shí)間內(nèi),電流從0開始逐漸增至最大值Im,而后逐漸減小至0。從t1到t2這段時(shí)間內(nèi),電流從0逐漸達(dá)到負(fù)的最大值-Im,以后逐漸減至0,表示出正弦波形。電流大小隨時(shí)間作周期性改變,而電流方向作往復(fù)改變,交流電每秒鐘往復(fù)改變的次數(shù)叫“頻率”,我國供電頻率通常為50周/秒,(也叫50赫),即每秒鐘電流往返50次。由于變化速度如此之快,交流電經(jīng)過燈泡時(shí),人眼不能覺察出燈光有閃動(dòng)現(xiàn)象。
交流電和直流電有許多性質(zhì)是不相同的。在交流電路中,除電流、電阻和電壓外,還要考慮電感和電容。例如,將220伏交流電源與一只只有1歐姆電阻的線圈接通,通過的電流很小,電路上燈泡發(fā)光很暗,如圖11-4(1)所示。但若接到直流電源上,就能通過很大電流,燈泡發(fā)出很亮的光,如圖11-4(2)所示。如果將直流電接在電容器的兩塊金屬板上,直流電通不過,燈泡不亮,如圖11-4(3)所示。而把交流電接在電容器的兩塊金屬板上,雖然兩塊金屬板間有絕緣性很高的絕緣物,也會通過電流,燈泡發(fā)出很亮的光,如圖11-4(4)所示。這就是通常所說的電容器能起“隔直通交”作用,即能隔斷直流電而通過交流電。
既然交流電的大小隨時(shí)間而變,那末我們平時(shí)所說交流電壓多少伏和交流電流多少安又是指什么呢?這些數(shù)值是指交流電的有效值,交流電的有效值就是指和它的熱效應(yīng)相等的直流電流值。即在相同的時(shí)間內(nèi),讓交流電和直流電分別通過同一電阻,如果它們產(chǎn)生的熱量相等,就認(rèn)為這交流電和直流電具有相等的電流值。
正弦交變電流的有效值等于最大值的1/√2或0.707倍,最大值則等于有效值的√2或1.414倍。例如通常所說的220伏交流電即是指的有效值為220伏,其最大值為311.08伏。我們?nèi)粘J褂玫母鞣N交流電器的銘牌上所標(biāo)出的電壓、電流的數(shù)值都是指的有效值。
發(fā)電廠為什么要生產(chǎn)交流電,而我們?yōu)槭裁从謴V泛應(yīng)用交流電呢?這同交流電的許多優(yōu)點(diǎn)是分不開的。
① 交流電可以利用變壓器很方便地變壓,這樣就解決了高壓輸電和低壓配電之間的矛盾。因?yàn)檩斔鸵欢üβ实碾娔軙r(shí),電壓愈高,線路中電流就愈小,線路上電能損耗也就愈小,遠(yuǎn)距離輸電時(shí)常采用110千伏、220千伏等高壓輸電。而在用電時(shí)又要用變壓器將高壓降為380伏或220伏等使用,這樣符合電器要求,保證安全用電。
② 交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,維護(hù)方便,成本低。如果某些場合必需用直流電,象電鍍、電解等,則可通過整流裝置將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。半導(dǎo)體收音機(jī)的電源也可用一個(gè)小整流器把220伏交流電經(jīng)整流變壓為3伏或6伏直流電來代替干電池使用。