Уверен, у некоторых людей иногда возникают такие вопросы: "чем переменный ток отличается от постоянного?", "есть ли в розетке "плюс" и "минус"?", "что за "ноль" и "фаза"?" и "что будет, если совать пальцы в розетку?".
В вашей домашней розетке нет "плюса" и "минуса", но есть "ноль" и "фаза". Что это такое, сможем понять, когда разберемся подробно с "переменным током".
Ранее писал про электричество в общем, здесь. Электрический ток - это когда частицы вещества с зарядом, в нашем случае электроны, упорядочено движутся, чаще всего по проводам.
В батарейке или аккумуляторе химически сделали так, что на одном полюсе больше электронов, чем на другом. И если мы эти полюсы соединим каким-то "мостиком", просто проводом или проводом с лампой, то эти электроны из-за этой разности перемещаются, пытаются уравновесить ситуацию. Они двигаются в постоянном направлении, от одного полюса к другому. А что с розеткой? В ней так же просто? К сожалению, нет.
В розетке мы имеем дело с "переменным" током, это в противовес "постоянному" в батарейках и аккумуляторах. Что значит "переменный"? Это значит, что в нем направление движения электронов вдоль проводника изменяется. В наших электросетях 50-60 раз в секунду "туда-сюда". Как этого добиваются?
Добиваются этого на электростанциях, где энергия вращательного движения трансформируется электрогенератором в энергию электрическую. Совсем неважно, кто или что крутит наш генератор, это может быть падающая вода или вентилятор, который обдувается ветром или паром, главное, чтобы крутилось.
Крутят катушки внутри генератора, они там помещены в магнитное поле обычных постоянных магнитов, как на холодильнике, только посильнее. Катушка - это, по сути, моток проволоки, чаще всего медной. Магнит конечно же влияет на электроны в проволоке, одной стороной притягивает, другой отталкивает. Мы катушку вращаем и, как-бы, постоянно "шевелим" и "двигаем" электроны этим магнитным воздействием. Здесь и далее буду использовать эти простые слова: "шевелить" и "двигать", так проще.
По умному это звучит так: источником электродвижущей силы (т.е. силы, двигающей заряды-электроны) является переменное магнитное поле. Переменным это поле становится именно тогда, когда мы двигаем магнит внутри катушки или наоборот - катушку вращаем внутри магнитов. Неважно, что вокруг чего крутится, главное чтобы производилось движение магнитом и, как следствие, "шевеление" электронов.
Мы как бы подхватывает электрон невидимой рукой магнита и водим им туда-сюда в ходе вращения. Отсюда у нас и переменный ток: электроны вслед за магнитом тоже делают "туда-сюда" в проводе.
И тут пора признаться в самом главном. Электрическая энергия - это не тоже самое, что электрический ток. Ток - это ток частиц. У нас сейчас "текут" электроны, при чем они "текут" медленно, не со скоростью света, часто даже не "текут", а колеблются почти на месте, как раз под действием магнитного "туда-сюда". И вот именно эти движущиеся электроны, считай заряды, порождают магнитное поле. Это такой фундаментальный закон вселенной, что двигающийся заряд порождает магнитное поле. Электрическое поле вокруг заряда уже было по умолчанию, тоже согласно фундаментальному закону вселенной. И в итоге мы получаем смесь двух полей - ЭЛЕКТРО-МАГНИТНОЕ поле. Собственно именно оно и передаёт энергию, именно оно движется почти со скоростью света, оно создано движением электронов, т.е. электрическим током, но им (током) не является.
Электромагнитное поле (далее ЭМП) - это особая форма материи, посредством которой происходит взаимодействие заряженных частиц. Вот именно это ЭМП обеспечивает скоростное взаимодействие между электронами и передачу, повторюсь, электрической энергии. ЭМП движется не в глубине проводов, где идут электроны, а как бы вокруг проводов максимально близко к поверхности, как скоростной поезд по рельсам. Запомним ЭМП, оно нам ещё пригодится, само собой.
Вернемся на электростанцию: катушек в одном генераторе три штуки. Они соединены под углом 120 градусов. Система генератора на выходе имеет три провода, между концами этих проводов есть постоянно меняющееся по определенному алгоритму напряжение или, другими словами, между ними есть разность потенциалов.
Напомню, напряжение (разность потенциалов) - это когда в одном месте больше электрического заряда, а в другом меньше, и заряд стремится уравновеситься, путем своего переноса любым способом.
Или еще вот так: потенциал, это невидимая энергия, которая не может израсходоваться до наступления определенных условий. А разность потенциалов - ситуация, когда в разных точках разное количество этой энергии, готовой израсходоваться. И когда мы соединяем эти точки происходит уравновешивание. Если что-то из вне поддерживает эту разность, например постоянно подаваемое ЭМП, то процесс уравновешивания продолжается и мы видим его в виде тока.
Снова к генератору. Ситуацию на концах трех его проводов можно описать так: на одном из них мы сейчас электромагнитным полем создали максимальный потенциал, пусть он равен 1. Тогда на двух других будет по 0,5 со знаком минус, т.е. будет такое же по количеству, но обратное по знаку кол-во. потенциала. Если вернуться к электронам, чтобы было понятнее, на одном конце в данную миллисекунду мы как-будто собрали максимум электронов, и это 1, тогда как на двух других у нас будет по половинке такого же количества отсутствия этих электронов, т.е. по -0.5. Отсутствие электронов - это как "электронный вакуум", желающий "всосать" в себя электроны. Потенциал, желающий не передать электроны, а забрать их.
И эта ситуация на концах проводов постоянно по кругу меняется, синхронно нашему быстрому вращению трех катушек. Там где была 1 потенциала, постепенно его становится меньше и он доходит до -1, где было -1 - увеличивается до 1. Все это синхронно и постоянно в трех проводах. Потому что мы крутим. Но всегда, какую бы пару проводов мы ни взяли, разность потенциалов между ними будет одинаковая, ведь на проводах идёт синхронное увеличение-уменьшение потенциалов.
Когда мы включаем в розетку лампочку, то у нас происходит замыкание очень длинной петли из провода. Где-то очень далеко часть этого провода собрана в кучу петель, вокруг которых быстро-быстро водят магнитом "туда-сюда", это приводит к тому что у них там электроны двигаются вслед за магнитом "туда-сюда". Это движение тех электронов через электромагнитное поле передается нашим электронам в лампочке, и она светит.
Фаза и ноль.
Фаза в розетке - это тот самый провод с меняющимся от -1 до 1 потенциалом, который на стороне электростанции "гладится" магнитом в генераторе. Их вообще три провода приходит в дом, но в квартиру мы берем обычно только один для коммунально-бытовых целей. Сразу три фазы используются в промышленности для питания "тяжелых" устройств типа мощных электродвигателей или котлов.
А вот ноля, который у нас в розетке, на электростанции, где генератор, нет. Ноль приходит к нам по проводу от нулевой шины ближайшего трансформатора, он там подключен к земле, в прямом смысле, специальным образом сложно закопан в землю. Ну т.е. теоретически, просто для работы системы, ноль можно взять прямо из земли возле дома (но это запрещено правилами). На этом проводе потенциала нет, говорят: "нулевой потенциал".
В итоге получаем разность потенциалов: на фазном проводе он постоянно меняется от -1 до 1, а на нулевом он всегда 0 (в теории, на практике бывает и не 0, но это неважно). Вспоминаем, что разность потенциалов - это напряжение. При соединении двух точек под напряжением (т.е. с разными потенциалами) возникает электрический ток. Наши электроприборы на нем работают.
Ну и в заключении: вас НЕ ударит током, если вы будет "совать пальцы в розетку", потому что ваши пальцы не пролезут к контактным площадкам, у вас же пальцы не 5 мм в диаметре.
Резюме: переменный ток в розетке - это движение электронов в проводе "туда-сюда". Это движение зарождается под действием магнита в электрогенераторе в его катушках. Это движение "туда-сюда" в катушках порождает так же двигающееся "туда-сюда" электромагнитное поле. Это поле по поверхности проводов мгновенно перемещается до нашей розетки, по пути "шевеля" все электроны "туда-сюда". Имеем в итоге в розетке один ФАЗНЫЙ провод с "шевелящимися" электронами и полем, второй из земли НУЛЕВОЙ "без шевеления".
Спасибо за внимание, Тема конечно сложная, надеюсь стало яснее.
p.s. пришла в голову ещё одна, кажется, наглядная аналогия. Встретились две группы футбольных фанатов, побольше "З" и поменьше "С". У каждой есть потенциал т.е. желание и возможность побить другую группу. Но у большей группы "З" этот потенциал больше, и в воздухе повисло напряжение.
Вот группа "З" срывается с места и бежит на группу "С", бежит поТОКом ("по" - постоянным, т.е. не меняющим направление), группа "С" пятится. Это постоянный ток.
А если вдруг позади группы "З" куратор крикнет: "отбой", группа "З" сменит свой потенциал (желание поколотить) на противоположный. Побежит назад, за ними побежит группа "С". Вдруг куратор опять кричит: "вперёд", группа "З" начинает обратно гнать меньшую группу "С". Таким образом у нас через поле битвы люди пробежали "туда-сюда" несколько раз. Случился переменный ток.