Превратить ток в напряжение или напряжение в ток невозможно, поскольку это - принципиально разные явления. Напряжение измеряется на концах проводника или источника ЭДС, тогда как ток представляет собой движущийся через поперечное сечение проводника электрический заряд.
Напряжение или ток можно лишь преобразовать в напряжение или ток другой величины, в этом случае говорят о преобразовании электрической энергии (мощности).
Если в процессе преобразования электрической энергии напряжение понижается, то ток при этом повышается, а если напряжение повышается — значит понижается ток. Количество энергии на входе и на выходе будет приблизительно одинаковым (минус, конечно, потери в процессе преобразования) в соответствии с законом сохранения энергии.
Так происходит потому, что электрическая энергия A — это изначально потенциальная энергия (энергия положения в электрическом поле) электрического заряда, то есть A = U*q. А ток I - есть ни что иное, как перемещение заряда q в электрическом поле с течением времени t, то есть I = q/t.
Поэтому в процессе преобразования энергии A1 = U1*q1 на входе - в энергию A2 = U2*q2 на выходе некого преобразующего устройства, - либо понижается разность потенциалов (U2 < U1) между точками поля, где перемещается заряд, и тогда на выходе количество перемещаемого за единицу времени заряда q2 будет большим чем q1 на входе при том же количестве (минус потери) электрической энергии.
Либо понижается количество перемещаемого за единицу времени заряда (q2 < q1), и тогда разность потенциалов U2 на выходе, которую заряд в меньшем количестве сможет пройти, окажется выше чем U1 на входе.
Чтобы осуществить такое преобразование электрической энергии, применяют явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в конце лета 1831 года, и используемое сегодня в трансформаторах и в импульсных преобразователях напряжения для понижения или повышения напряжения (соответственно для повышения или понижения тока). Далее рассмотрим процесс такого преобразования в общих чертах.
Когда в проводящем витке, обладающем индуктивностью L, изменяется (попеременно нарастает и спадает) ток I - при этом изменяется и магнитное поле B, порождаемое данным током и пронизывающее ограниченную данным витком площадь S — происходит изменение магнитного потока Ф = B*S = L*I.
Насколько быстро изменяется ток I в витке — настолько же быстро изменяется и магнитный поток Ф, пронизывающий площадь S, ограниченную данным витком. Переменный ток I в витке прямо пропорционально связан с напряжением U, приложенным к концам витка. Таким образом, чем больше амплитуда U – тем больше амплитуда тока I в витке и тем больше амплитуда магнитного потока Ф витка с током.
Майкл Фарадей показал, что изменяющийся во времени магнитный поток способен навести ЭДС (напряжение) в контуре, охватывающем область этого изменяющегося магнитного потока, причем скорость изменения магнитного потока dФ/dt влияет на величину получаемой ЭДС: чем выше скорость изменения магнитного потока — тем больше получаемое на концах контура напряжение.
Следовательно, если поместить в область действия изменяющегося магнитного потока другой виток (вторичный), то в нем будет наведена ЭДС (напряжение на концах), пропорциональная скорости изменения магнитного потока — чем больше магнитный поток и чем быстрее он изменяется — тем большей получится индуцируемая во вторичном витке ЭДС. Если вторичных витков будет несколько (N) и они будут соединены последовательно, то индуцируемые ЭДС в них сложатся.
А если вторичную цепь замкнуть, то перемещаемый по ней заряд (ток) создаст собственный магнитный поток, противоположный первичному магнитному потоку по направлению и равный ему по величине.
Если витки вторичной цепи полностью аналогичны первичному витку по магнитным свойствам, форме и индуктивности, то в этом случае ток, вызванный индуцируемой ЭДС, разделится по всем вторичным виткам поровну. Следовательно чем больше последовательно соединенных витков — тем больше на выходе получается напряжение и тем меньше на выходе окажется ток при замкнутой на нагрузку цепи.
На этом принципе работает трансформатор, повышающий или понижающий переменное напряжение и, соответственно, понижающий или повышающий переменный ток. Если первичных витков больше, а вторичных меньше — то на один виток вторичной катушки придется больше тока, но напряжение на концах вторичной катушки будет в сумме меньше (пропорционально соотношению витков в обмотках), то есть ток на выходе по сравнению со входом увеличится, а напряжение понизится.
Ранее ЭлектроВести писали, что Tesla построит на Аляске хранилище энергии на 93 МВт*ч. Строительство аккумуляторной станции снизит зависимость штата от ископаемого топлива и откроет дорогу возобновляемым источникам энергии.
По материалам: electrik.info.
