Elektronik Grundlagen: Was ist Wechselstrom? - Dummies

Wechselstrom ist in der Elektronik aus einem einfachen Grund von entscheidender Bedeutung: Der elektrische Strom, auf den Sie durch Einstecken eines Stromkreises in eine Steckdose zugreifen können, wechselt Strom.

Elektrischer Strom, der kontinuierlich in einer Richtung fließt, wird als Gleichstrom oder DC bezeichnet. In einem Gleichstromkreis wird Strom durch Elektronen erzeugt, die sich alle aufreihen und sich in eine Richtung bewegen.

In einem Draht, der Gleichstrom führt, springen Elektronen von Atom zu Atom, während sie sich in eine Richtung bewegen. Somit endet ein gegebenes Elektron, das seine Wanderung an einem Ende des Drahtes beginnt, schließlich am anderen Ende des Drahtes.

Im Wechselstrom bewegen sich die Elektronen nicht nur in eine Richtung. Stattdessen hüpfen sie für eine Weile von Atom zu Atom in einer Richtung und drehen dann um und springen von Atom zu Atom in die entgegengesetzte Richtung. Ab und zu ändern die Elektronen die Richtung. Im Wechselstrom bewegen sich die Elektronen nicht stetig vorwärts. Stattdessen bewegen sie sich einfach hin und her.

Wenn die Elektronen im Wechselstrom die Richtung wechseln, kehrt sich die Stromrichtung und die Spannung der Schaltung um. In öffentlichen Stromverteilungssystemen in den Vereinigten Staaten (einschließlich Haushaltsstrom) kehrt sich die Spannung 60 Mal pro Sekunde um. In einigen Ländern kehrt sich die Spannung 50 Mal pro Sekunde um.

Die Rate, mit der Wechselstrom die Richtung umkehrt, wird als Frequenz bezeichnet, ausgedrückt in Hertz. Somit beträgt der Standardhaushaltsstrom in den Vereinigten Staaten 60 Hz.

In einem Wechselstromkreis ändert sich die Spannung und damit der Strom ständig. Die Spannung kehrt die Polarität jedoch nicht sofort um. Stattdessen steigt die Spannung stetig von Null an, bis sie eine maximale Spannung erreicht, die als Spitzenspannung bezeichnet wird.

Dann beginnt die Spannung wieder auf Null zurückzugehen. Die Spannung kehrt dann die Polarität um und fällt unter Null, wobei sie wieder auf die Spitzenspannung, aber auf die negative Polarität zusteuert. Wenn es die negative Spitzenspannung erreicht, beginnt es wieder zurückzuklettern, bis es Null erreicht. Dann wiederholt sich der Zyklus.

Die schwingende Änderung der Spannung ist wegen der grundlegenden Beziehung zwischen Magnetfeldern und elektrischen Strömen wichtig. Wenn sich ein Leiter (wie ein Draht) durch ein Magnetfeld bewegt, induziert das Magnetfeld einen Strom in dem Draht. Wenn jedoch der Leiter relativ zum Magnetfeld stationär ist, wird kein Strom induziert.

Körperbewegung ist nicht notwendig, um diesen Effekt zu erzeugen. Wenn der Leiter in einer festen Position bleibt, aber die Intensität des Magnetfelds zunimmt oder abnimmt (dh wenn sich das Magnetfeld ausdehnt oder zusammenzieht), wird ein Strom im Leiter induziert, als ob das Magnetfeld fixiert wäre und der Leiter bewegte sich körperlich über das Feld.

Da die Spannung in einem Wechselstrom immer entweder zunimmt oder abnimmt, wenn die Polarität von positiv zu negativ und wieder zurück schwingt, bricht das Magnetfeld, das den Strom umgibt, entweder immer zusammen oder dehnt sich aus. Wenn Sie also einen Leiter in diesem sich ausdehnenden und zusammenbrechenden Magnetfeld platzieren, wird Wechselstrom in den Leiter induziert.

Es scheint wie Magie! Mit Wechselstrom ist es möglich, dass Strom in einem Draht Strom in einem benachbarten Draht induziert, obwohl kein physischer Kontakt zwischen den Drähten besteht.

Die Quintessenz lautet: Wechselstrom kann verwendet werden, um ein sich änderndes Magnetfeld zu erzeugen, und wechselnde Magnetfelder können verwendet werden, um Wechselstrom zu erzeugen. Diese Beziehung zwischen Wechselstrom und magnetischen Feldern ermöglicht drei wichtige Geräte:

• Lichtmaschine: Eine Vorrichtung, die Wechselstrom aus einer Quelle rotierender Bewegung erzeugt, z. B. eine durch fließendes Wasser oder Dampf oder eine Windmühle angetriebene Turbine. Lichtmaschinen arbeiten mit der Drehbewegung, um einen Magneten zu drehen, der sich in einer Drahtspule befindet. Wenn sich der Magnet dreht, bewegt sich sein Magnetfeld, was einen Wechselstrom in dem gewendelten Draht induziert.

• Motor: Das Gegenteil eines Generators. Es wandelt Wechselstrom in rotierende Bewegung um. In seiner einfachsten Form ist ein Motor einfach ein Generator, der rückwärts verbunden ist. Ein Magnet ist auf einer Welle montiert, die sich drehen kann; Der Magnet befindet sich innerhalb der Windungen einer Drahtspule.

  Wenn Wechselstrom an die Spule angelegt wird, bewirkt das durch den Strom erzeugte ansteigende und abfallende Magnetfeld, dass sich der Magnet dreht, wodurch die Welle gedreht wird.

• Transformator: Besteht aus zwei Drahtspulen in unmittelbarer Nähe. Wenn ein Wechselstrom auf eine der Spulen gelegt wird, induziert das kollabierende und expandierende Magnetfeld einen Wechselstrom in der anderen Spule.