רבים מאיתנו לא ממש מבינים איך עובד חשמל. מספיק לנו שזה כן עובד – אתה לוחץ על המתג, והאור נדלק בחדר. יתכן שמפתיע אם כן ללמוד שיש למעשה שני סוגים שונים של חשמל בהם אנו משתמשים להפעלת המכשירים הרבים בחיינו. הם ידועים כזרם חילופין וזרם ישר, או AC ו- DC.
במילים הפשוטות ביותר, זרם ישר זורם רק בכיוון אחד, בעוד זרם חילופין זורם קדימה ואחורה. לדוגמא, פנס פועל על זרם ישר, כשהמטען מגיע מהסוללה ומניע את הנורה. מנורת תקרה בביתכם, לעומת זאת, משתמשת בזרם חילופין שמשנה כל הזמן את הקוטביות כשהוא עובר דרך המערכת החשמלית של ביתכם.
מהו זרם ישר?
הזרם (מטען חשמלי) זורם רק לכיוון אחד במקרה של זרם ישר (DC). אך ב- AC (זרם חילופין) מטען חשמלי משנה כיוון מעת לעת. לא רק זרם אלא גם המתח מתהפך בגלל השינוי בזרימת הזרם.
זרם ישר (DC) הוא זרם חשמלי שהוא חד כיווני, ולכן זרימת המטען היא תמיד באותו כיוון. בניגוד לזרם חילופין, כיוון הזרם הישיר ועוצמתו אינם משתנים. הוא משמש באלקטרוניקה ביתית ובכל המכשירים המשתמשים בסוללות.
תכונות הזרם הישר
זרם ישר מוגדר על ידי זרימה קבועה של אלקטרונים מאזור בעל צפיפות אלקטרונים גבוהה לאזור בעל צפיפות אלקטרונים נמוכה. במעגלים הכוללים סוללות, הדבר מתואר על ידי זרימת מטען קבועה מהמסוף השלילי של הסוללה למסוף החיובי של הסוללה.
זה הרבה יותר יקר וקשה לשנות את המתח של זרם ישר לעומת זרם חילופין, מה שהופך אותו לבחירה גרועה להעברת מתח גבוה של חשמל. עם זאת, למרחקים ארוכים מאוד, העברת HVDC יכולה להיות יעילה יותר מזרם חילופין.
שימושים
זרם ישר משמש בכל מכשיר אלקטרוני עם סוללה כמקור חשמל. הוא משמש גם לטעינת סוללות, לכן מכשירים נטענים כמו מחשבים ניידים וטלפונים סלולריים מגיעים עם מתאם זרם חילופין הממיר זרם חילופין לזרם ישר.
מדוע DC טוב יותר מ- AC?
שלא כמו AC, זרם ישר אינו עובר שינויים. אין תקופות והזרם זורם לכיוון אחד עם מתח קבוע. כאמור, DC חייב לאבד כוח כחום – מאפיין שאדיסון ניצל כדי להדליק את הנורה הראשונה. למרות חסרונותיו, עידן המוליכים למחצה אילץ את חזרתו של DC. DC משמש בעיקר להפעלת מכשירים אלקטרוניים, כלומר מכשירים קטנים יותר שיכולים לתפקד רק בשני מצבים: מופעלים וכיבויים. זה כולל סוללות, נוריות LED, טרנזיסטורים – הנוירונים של טכנולוגיית המחשב – וכל מכשיר מוליך למחצה אחר.
כוח DC עשה קאמבק בגלל התלות של החברה שלנו במחשבים, טאבלטים ומכשירים ניידים שמממשקים ל"עננים "בכל עת. עננים הם בעצם מחשבים, הידועים רשמית כשרתים, המאוחסנים בבניינים מרוחקים כדי לאחסן את הנתונים היקרים שלך. כעת, חברות כמו פייסבוק וגוגל מרוקנות בניינים שלמים כדי לארח שרתים המאחסנים נתונים עבור מספר המשתמשים ההולך וגדל שלהם.
ניהול AC כמו DC במכשירים כאלה הוא די מורכב, מכיוון שהוא דורש מעגלים מורכבים. עם זאת, והכי חשוב, AC מאבדת את האנרגיה שלה, אם כי לזמן קצר מאוד, אך זה דבר ששרתים רעבי חשמל לא יכולים לסבול כל הזמן.
יתר על כן, כל מהנדס חשמל יודע כי הפסדים שנצברו על ידי העברת זרם חילופין יכולים לחרוג מההפסדים שנגרמו על ידי DC עקב אפקט של העור וצימוד קיבולי, תופעות שבהן, בגלל שהאנרגיה זורמת על פני החוט, היא נקלטת על ידי עצמים שמתחתיו. התמסורת מאטה עקב התנגדויות אלה, וכתוצאה מכך פוחתת יעילותה. למעשה, ההפסדים המפוזרים בסביבתה מהווים את הבסיס שעליו בנויים מנגנוני העברת חשמל אלחוטי. זרם חילופין מקרין חלק מהאנרגיה שלו, אשר ניתן לרכז בצורה נוחה באזור על ידי סליל החוט בצורה מתאימה.
סיבה נוספת מדוע – ונראה שזה החשוב ביותר – DC עשוי לחזור היא התאמתו למכשירים אלקטרוניים ידידותיים לסביבה. מכיוון שכל תאי השמש מבוססים על מצעי מוליכים למחצה, כולם מייצרים או פועלים על כוח DC. DC כבר מתחיל לחזור למען האנרגיה המתחדשת. כמובן שנוכל לגייס זרם חילופין גם כן, אך הדבר ידרוש המרות מייגעות מ- DC ל- AC באמצעות מהפך ואז ל- DC שוב, שם 5-20% מהאנרגיה אובדת כחום.
למעשה, מרכזי נתונים המשתרעים על פני דונמים שלמים אכן משתמשים בממירים אלה, אך הם לא רק צורכים כמויות אדירות של אנרגיה, אלא שיש גם עלות נוספת של מערכות קירור עבור החום הנוצר, מה שמחמיר את מצוקתם הכספית.
כיצד זה קשור אליך?
גם זרם חילופין וגם זרם ישר ממלאים תפקיד חשוב במשק הבית הממוצע. מכשירי החשמל בביתכם, כמו מקרר, מכונת כביסה ומדיח כלים משתמשים בזרם חילופין. בבתים שאינם על קו גז טבעי, רוב התנורים, מחממי מים חמים, תנורים ומייבשים פועלים גם על AC.
אך לזרם ישר יש שימושים. החלק המתחלף של זרם חילופין מתרחש במהירות. עם זאת, למרות שהסירוגין מתרחש כל כך מהר, יש אובדן כוח זעיר בכל פעם שהזרם משנה כיוון. אין זו בעיה עבור נורות או מכשירים אחרים שנבנו להשתמש בזרם חילופין, אך אלקטרוניקה מודרנית ורגישה לא מסתדרת כל כך טוב עם הפרעות כוח קצרות לאין שיעור.
לכן מכשירים רבים וחדשים יותר, כמו מטענים לטלפונים סלולריים, מחשבים וטלוויזיות משתמשים בזרם ישר, באמצעות מתאמי חשמל להמרת זרם חילופין המגיע משקעי הקיר. שוק הזרם הישיר אמור להמשיך ולהתרחב בצורה של מכוניות חשמליות, שפועלות על DC מהסוללות שלהן.
לכן, למרות שמלחמת הזרמים אולי הסתיימה לפני למעלה מ -100 שנה, התחרות בין זרם חילופין וישר לשלטון בחיי היום יום שלנו נמשכת.
לסיכום
זרם ישר הופך ליותר ויותר רלוונטי בחיי היום יום שלנו. מלבד מכשירים הפועלים על סוללה, יש יותר ויותר מכשירי חשמל ביתיים שעוברים לשימוש בזרם ישר הודות לשימוש במוליכים חלקיים עם אנרגיה מתחדשת.
לכן, כאשר יש לכם בעיית במערכת החשמל, ייתכן כי הבעיה נובעת מבעיה בהמרה של זרם החילופין לזרם ישר הגורמת לכך שהמכשיר לא פועל. כאשר אתם נתקלים בבעיה כלשהי במערכת החשמל שלכם חשוב להזמין חשמלאי מוסמך שיתקן את הבעיה בהקדם כדי להימנע מנזקים בלתי הפיכים.
