Дружим с проводами

Этот экскурс привожу просто для более широкого развития. Да, в нашей домашней сети именно переменный ток, направление которого в проводах меняется 100 раз в секунду. Если посмотреть на график, отражающий направление в виде синусоиды, то становится понятным, почему частота тока - 50 герц (то есть, 50 раз в секунду), а направление меняется 100 раз в секунду.

Потому что частота измеряется в количестве периодов за секунду, но в каждом периоде ток меняет свое направление дважды. Иначе сказать, в одном периоде две вершины, которые характеризуют максимальное значение тока (положительное и отрицательное), и именно в этих вершинах происходит смена направления.

Не будем вдаваться в подробности более глубоко, но все же: почему именно переменный, а не постоянный ток?

Вся проблема в передаче электроэнергии на большие расстояния. Тут опять вступает в силу неумолимый закон Ома. Представь себе, что в отдельно взятом городке подключены 1000 отопительных котлов мощностью по 5 кВт каждый. Это в сумме составит 5000 киловатт, то есть, 5 мегаватт, или 5000000 ватт.

При напряжении в 220 вольт ток, протекающий по магистральному проводу, составит J = W/U, то есть 5000000/220 = 22727 ампер. Чтобы определить диаметр провода для такой магистрали, у нас даже и таблицы такой нет. Но даже если грубо прикинуть, то диаметр такого провода будет не меньше 5 сантиметров, если не больше.

Не будем уже говорить о стоимости такой магистрали, которая однозначно определит и стоимость электроэнергии, но даже технологически подвесить эти тонны провода чрезвычайно затруднительно.

Но есть еще одно ценное свойство тока в проводнике: излучение магнитного поля. И если пустить ток по катушке, то в другой катушке в результате магнитных излучений первой генерируется опять же ток. Для увеличения влияния магнитного поля катушки устраиваются на одном металлическом сердечнике. Это и есть трансформатор.

И причем тут он?
   А притом, что изменением количества витков в катушках (обмотках) мы можем изменять вырабатываемое напряжение. Есть повышающий трансформатор, есть и понижающий. Но есть еще одно НО: трансформатор в силу физических условий не работает на постоянном токе! Значит, нужен переменный. Кстати, и генераторы на электростанциях также используют магнитные поля и вырабатывают уже переменный ток с частотой 50 герц.

Для чего вообще все это?
   На электростанции вырабатывается электроэнергия, через трансформаторы повышается напряжение и отдается в магистраль. На другом конце магистрали установлен понижающий трансформатор, который дает нам 220 вольт.

И что получается?
  Получается, что в проводах магистрали напряжение значительно более высокое. Например, больше в 1000 раз, 220 КИЛОвольт (или 220000 вольт). Пресловутый закон Ома говорит, что ток в такой магистрали не превысит в нашем случае J = W/U = 5000000/220000 = 22,7 ампера.

Гут, при таком токе мы с успехом можем подвесить алюминиевые провода диаметром 2 мм. И эта экономия на меди и/или алюминии с успехом покрывает затраты на трансформаторные подстанции.

Вот такая штука, обусловленная упрямым законом Ома. Хотя, на самом деле реальные мощности значительно более высокие, и диаметр магистральных проводов тоже не 2 мм, а несколько больше.

© Юрий Болотов 2008