В наше время нет такой отрасли народного хозяйства, в которой не применялось бы электричество. И каждая из них предъявляет к электрическим машинам и аппаратам определенные требования, от которых зависит не только конструкция этих машин, но и род используемого тока. Хотя в технике и в промышленности широко используются и переменный и постоянный токи, области их применения весьма четко разграничены.
Впервые люди получили электрический ток от гальванических элементов. Эти элементы создавали в электрической цепи поток электронов, движущихся все время в одном определенном направлении. Такой ток получил название «постоянного».
Первые вращающиеся генераторы, электрические двигатели и приборы также работали на постоянном токе. И когда в конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский предложил применять трехфазный переменный ток, многие ученые отнеслись к этому с недоверием. Даже знаменитый американский электротехник Эдисон считал переменный ток выдумкой, не заслуживающей внимания. Однако очень скоро переменный ток стали использовать во многих областях электротехники. Электрические генераторы переменного тока создают в электрической цепи поток электронов, непрерывно изменяющий направление своего движения. Так, в цепи электрической лампочки, освещающей вашу комнату, электроны успевают за одну секунду
100 раз изменить направление своего движения: 50 раз они движутся в одном направлении и 50 - в обратном. Про такой ток говорят, что он имеет частоту 50 периодов в секунду.
Эта особенность движения электронов придает переменному току целый ряд свойств, определивших его главенствующее положение в современной электротехнике.
Одно из важнейших свойств переменного тока - его способность к трансформации. Как мы знаем, передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при очень высоком напряжении, достигающем 110, 220 и даже 500-800 тыс. в. Столь высокое напряжение нельзя получить непосредственно в генераторах. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен электрический ток напряжением в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь-то и пригодилась его способность к трансформации,- она позволила с помощью трансформаторов изменять напряжение переменного тока в любых пределах.
Мало того. Соединение обмоток генератора в трехфазную систему позволило получить трехфазный переменный ток. Это система трех переменных токов, которые имеют одинаковую частоту, но различаются по фазе на одну треть периода. Трехфазный ток обладает важными достоинствами. Во-первых, трехфазные линии электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов и изоляции можно передать больше электрической энергии, чем при однофазном переменном токе. А во-вторых, благодаря свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле, удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрические двигатели без коллектора и щеток.
Эти качества переменного тока и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.
Больше половины электрической энергии, вырабатываемой этими электростанциями, расходуется электрическими двигателями. Чтобы они могли выполнять разнообразную работу, их делают различными и по устройству и по размерам.
Кроме простых асинхронных двигателей, которые широко используются для привода станков, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Они развивают большие усилия при трогании с места и поэтому успешно применяются на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. По своим размерам электрические двигатели бывают маленькими - с катушку ниток - и огромными, как карусель.
Применение для привода станков сразу нескольких электрических двигателей дало возможность упростить механизмы станка, облегчило управление ими и позволило создать автоматические станочные линии.
Малые размеры электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки и другой электрифицированный инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным.
Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам.
Переменный ток - хороший источник тепла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи сопротивления широко используются для кондиционирования воздуха, обогрева сушильных шкафов и различных помещений.
Электрические лампочки дают свет независимо от того, какой ток идет через их нити. Но поскольку передача переменного тока более экономична, а трансформаторы позволяют легко поддерживать необходимое для них напряжение, вся осветительная сеть городов и сел обслуживается переменным током.
Непрерывное изменение направления движения электронов в переменном токе, его способность к трансформации открыли ему широкую дорогу во многие области техники. Но не всегда хорош ток, все время меняющий свое направление. Вот вы сели в троллейбус, поезд метро или в вагон «электрички» на железной дороге. Здесь вы попали во владения постоянного тока.
Дело в том, что простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. А вспомните, сколько раз водителю приходится изменять скорость движения троллейбуса; с такой беспокойной работой хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питание этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных подстанций. Приходящий на них с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть - в провода и рельсы.
Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах.
Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. А он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса или гребные винты.
Однако высокая стоимость и сложность преобразовательных подстанций заставили ученых и инженеров задуматься над использованием переменного тока на транспорте. Сейчас уже есть участки железных дорог, использующие однофазный переменный ток. С успехом используют его и на многих дизель-электрических кораблях.
Дальнейшая электрификация железных дорог в нашей стране будет осуществляться преимущественно с использованием переменного тока напряжением 25 тыс. в. Этот ток будет превращаться в постоянный непосредственно на электровозах при помощи выпрямительных устройств.
Хорошие регулировочные способности электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, которые вы видите на строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных кранах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать его в изложницы или подавать раскаленные болванки на прокатные станы.
Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.
Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения - до 25 тыс. об/мин. Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей, элеронов и закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.
Неизменное направление движения электронов в цепи постоянного тока определило большую и важную область его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может. Речь идет об электролизе - процессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы - электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах - на аноде или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии - для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца. В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.
В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий. Таким образом наносят защитные покрытия на металлические изделия (никелирование, хромирование), изготавливают металлические монументы, печатные формы и т. д. Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.
Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.
Зайдите на киностудию. Мощные дуговые кинопроекторы заливают светом съемочный павильон. На переменном токе дуга горит менее устойчиво, дает меньше света и издает гул, мешающий записи звука при киносъемке. Поэтому кинопрожекторы питают постоянным током, который дает бесшумную устойчивую дугу. В мощных военных прожекторах и дуговых кинопроекционных аппаратах также используется постоянный ток.
 |
| На киностудиях на постоянном токе работают мощные дуговые кинопрожекторы. |
Чтобы получить переменный ток, нужно непрерывно вращать генератор переменного тока, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи или же гальванические элементы. Эти свойства источника электрического тока также в ряде случаев определяют область применения постоянного тока.
Автомобиль стоит на месте. Как завести его двигатель? К вашим услугам аккумуляторная батарея. Вы нажимаете кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заводит мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который заряжает аккумулятор, восстанавливает израсходованную энергию. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.
Что было бы, если бы в поездах освещение питалось переменным током? Остановился поезд - перестали вращаться колеса вагонов, а вместе с ним остановились бы электрические генераторы и свет в вагонах погас бы. Но этого не происходит, потому что под вагонами установлены генераторы постоянного тока, работающие параллельно с аккумуляторными батареями. Идет поезд - генераторы вращаются, дают энергию для освещения и одновременно заряжают батарею. Остановился состав - аккумуляторная батарея посылает ток в осветительную сеть.
Представьте себе, что на электростанции произошла авария: все турбо- или гидрогенераторы остановились и линии электропередачи, связывавшие ее с другими электростанциями, отключились. В таких случаях выручает постоянный ток, получаемый от больших аккумуляторных батарей. С его помощью приводят в движение вспомогательные механизмы, включают отключившиеся выключатели и снова пускают в работу главные турбо- или гидрогенераторы. Питание от аккумуляторной батареи очень надежно, поэтому все цепи защиты управления, автоматики и сигнализации на больших электростанциях работают на постоянном токе.
Может ли плавать подводная лодка без постоянного тока? На поверхности воды может. В этом случае ее гребные винты вращаются дизелями. Но под водой дизели останавливаются - не хватает воздуха. Там работает двигатель постоянного тока, получающий энергию от аккумуляторных батарей. Когда лодка вновь всплывает на поверхность и включаются в работу дизели, электрический двигатель превращается в генератор и вновь заряжает батареи.
В шахтах не везде можно подвесить контактный провод для электровозов. Как же им передвигаться? И тут опять выручает аккумуляторная батарея. На многих шахтах рудничные аккумуляторные электровозы доставляют уголь из самых отдаленных забоев. Электрические тележки с аккумуляторами - электрокары - вы часто видите на вокзалах. Они есть и в цехах больших заводов и фабрик.
Обратите внимание, как кинооператор снимает какое-нибудь важное событие. В руках у него легкий киносъемочный аппарат, а на поясе - аккумулятор. Нажал кнопку, и аппарат заработал. Такие легкие аккумуляторные батареи широко применяются для переносных радиостанций, сигнальных устройств, электрических измерительных приборов.
Конечно, перечисленными здесь примерами не исчерпываются все области применения электрической энергии. Мы ничего не рассказали о ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и других целей - об этом вы прочтете в соответствующих статьях нашего сайта.
Энергетика будущего
Великие работы будущего могут проводиться только на базе новой могучей энергетики, опираясь на развитие металлургии и транспорта.
Энергетика, развиваясь, увеличивает власть человека над природой. Она - наш главный помощник в штурме космоса.
Электроэнергию измеряют киловатт-часами. 1 квт-ч электроэнергии способен поднять груз в 1 Т на высоту 367 м (без учета потерь на трение). С его помощью можно прокатать 50 кГ металлоизделий, продемонстрировать 4 раза большой фильм, добыть в шахте и выдать на-гора почти центнер угля, вывести в инкубаторе 30 цыплят, 2 недели бесперебойно снабжать водой одного жителя Москвы.
В 1959 г. советские электростанции выработали 264 млрд. квт-ч. А в 1965 г. страна получит уже 500-520 млрд. квт-ч - почти по 2300 квт-ч на каждого человека вместо 14 в 1913 г.
Семилетний план - это первый этап грандиозных преобразований в стране, намеченных на 15-20 лет. Как же будет развиваться советская энергетика в более отдаленном будущем?
По очень осторожному прогнозу, в 1970 г. мы должны получить 900 млрд. квт-ч, в 1975 г.- около 1500 млрд. квт-ч, а в 1980 г.- около 2300 млрд. квт-ч. Это в 260 раз больше плана ГОЭЛРО!
| Непосредственное использование солнечной энергии Задача непосредственного использования солнечной энергии издавна привлекает К себе внимание ученых и инженеров многих стран. Замечательным успехом было создание солнечных батарей, питающих энергией радиопередатчик третьего советского спутника Земли. Достигнуты в этой области и некоторые другие успехи. Созданы специальные установки, плоские стеклянные пластины которых пропускают коротковолновые лучи Солнца, но не пропускают длинноволновые тепловые лучи. Это позволяет накапливать тепло. Такие установки уже сейчас приводят в действие насосы мощностью до 3 л.с. Для промышленного производства жароупорноіі керамики применяется установка с зеркалом диаметром более 12 м. С его помощыо получают температуры до 3000°. Построена также 40-тонная параболическая рефлекторная печь с алюминиевым зеркалом диаметром 8,5 м, которая служит для производства удобрений путем связывания атмосферного азота. |
На душу населения в 1980 г. у нас должно приходиться около 8,5 тыс. квт-ч.
Главную роль в снабжении нашей страны электроэнергией и теплом (в виде пара и горячей воды) будут играть очень крупные тепловые электростанции (см. ст. «Фабрика тепла и электричества»).
В будущем мы будем строить электростанции мощностью до 3 млн. кВт и выше. На них будут работать очень экономичные турбогенераторы мощностью 200, 300 и даже 600 тыс. кВт. Проектировщики уже думают о создании турбогенератора в 1 млн. кВт - почти два Днепрогэса в одной компактной машине! Каждый турбогенератор будет снабжаться паром от своего гигантского котла. А на производство 1 квт-ч этим агрегатам понадобится не более 300 Г угля - небольшая горсть!
Будут строиться новые типы электростанций - газотурбинные. К. п. д. газовых турбин более высокий, чем паровых. А сами они значительно компактнее. Газовая турбина не требует воды. Сейчас у нас изготовляются газовые турбины мощностью в 25 тыс. кВт. В ближайшем будущем будут созданы машины в 50 тыс. и более кВт. В дальнейшем газотурбинные электростанции достигнут миллионной мощности. Они станут превращать дешевое топливо в электроэнергию.
Советские ученые открыли новые методы энергохимического использования топлива. Из торфа, бурых углей, сланцев перед их сжиганием в топках котлов будут извлекаться очень ценные продукты - газ для бытового и промышленного применения, смола, необходимая для получения химических продуктов и жидкого горючего.
Таким образом, тепловая электростанция будущего превратится в сложный комбинат, который будет одновременно вырабатывать электрическую энергию, газ, пар и горячую воду для производственных и бытовых нужд, сырье для химической промышленности, а из остатков топлива - строительные материалы. Ученые уже давно думают над тем, нельзя ли непосредственно превращать топливо, свет, тепло, внутриядерную энергию в электроэнергию? Уже построены первые электрохимические генераторы. Пока еще они несовершенны, но все же это новый путь получения энергии. Возможно, придет время, когда уголь не нужно будет сжигать, чтобы превратить заключающуюся в нем химическую энергию в тепло и потом преобразовать его в механическую или электрическую энергию. Химическая энергия угля будет превращаться непосредственно в электроэнергию с высоким кпд. Это будет большой переворот в энергетике. Ученые считают, что можно будет соорудить колоссальные электрохимические генераторы прямо в толще угольных пластов под землей.
Энергию солнечных лучей тоже будут использовать. Советские ученые работают над созданием большой гелиотехники. Она позволит использовать солнечную энергию в промышленности. Для этого концентрацию солнечных лучей увеличивают при помощи больших зеркал. Такие машины могут работать почти так же, как и обычные котлы на топливе. В Ташкенте уже построена опытная солнечная установка с зеркалом диаметром 10 м. На ней получают лед и опресненную воду. Кроме того, проектируется крупная солнечная теплоэлектроцентраль в Араратской долине Армении. Паровой котел, связанный с паровой турбиной и поставленный в центре круга на 40-метровую башню, будут подогревать пучки солнечных лучей, отражаемые от группы концентрически расположенных зеркал. Зеркала установлены на специальных тележках-поездах, которые автоматически следуют за движением Солнца.
Огромное будущее предсказывают разработанному недавно новому методу непосредственного превращения солнечного тепла и света в электроэнергию при помощи полупроводников в термоэлектрогенераторах.
По-новому будут использовать и энергию ветра. Она непостоянна, и подчинить ее нуждам человека трудно. Но советские ветроэнергетики непрестанно ищут методы «выравнивания» этой энергии. Один из возможных способов аккумулировать ветровую энергию - это электролитическое разложение воды на кислород и водород, а потом соединение их (когда нет ветра).
Советская энергетика стоит у начала использования глубинного вулканического тепла Земли. Такие возможности есть на Камчатке, Курильских о-вах, Кавказе, в Средней Азии.
Решается мировой техникой и проблема использования морских приливов. Все приливные гидроэлектростанции, предлагаемые пока проектировщиками, были бы очень дорогими и не обеспечивали бы надежного электроснабжения. Между тем общая мощность приливов и отливов на Земле достигает 7 10 16 кВт.
Техника будущего обратится, вероятно, и к такому резерву, как малые температурные перепады в природе. Ведь возможности получения энергии от разницы температуры между водой в глубине океанов и наружного воздуха, например в Арктике и Антарктике, очень велики.
Не так далеко то время, когда атомная энергетика обеспечит нам сказочное обилие электроэнергии. В нашей стране уже вступают в строй мощные атомные электростанции, проектируются и строятся новые крупные АЭС. Они возникают прежде всего в районах, далеко расположенных от месторождений органического топлива и крупных рек. Остановится ли энергетика на этом этапе?
Уже занимается заря новой техники, основанной на использовании термоядерных электростанций.
Горючим для них будет тяжелый, а потом, возможно, и обычный водород. Производительность таких электростанций даже трудно себе представить. Выпивая воду из стакана, мы и не подозреваем, что в ней содержится огромное количество энергии.
Когда появятся термоядерные электростанции, то изобилие энергии позволит электрифицировать и полностью автоматизировать все производственные процессы.
Широкое развитие энергетики позволяет ставить вопрос о великих преобразовательных работах в нашей стране. Они настолько грандиозны, что неизбежно приобретут международное значение. О таких работах мечтают уже давно. Сейчас, например, орошают лишь около 2% площади всех пустынь. Культурными посевами и насаждениями занято едва ли 2% всех земель. Какое поле гигантских работ в будущем!
Широкие международные водохозяйственные системы помогут навсегда покончить с водным голодом в отдельных зонах Земли, стереть с лица нашей планеты желтые пятна пустынь.
Огромные преобразования необходимы и у нас. Посмотрите на физическую карту СССР. В глаза бросаются два колоссальных зеленых пятна: Западно-Сибирская низменность и Арало-Каспийская впадина. Это - важные житницы нашей страны в будущем. Они могут дать больше продуктов, чем производят сейчас США. Научная мысль работает над тем, как ликвидировать излишнюю увлажненность великой приобской равнины, как лучше провести живительный поток сибирской воды в знойные пустыни нашей страны.
Центральным и южным районам Европейской части страны нужно все больше и больше пресной воды. Вода становится важнейшим условием размещения промышленности и городов, основой жизни и здоровья людей.
Уже разработан проект переброски воды северных рек - Печоры, Северной Двины, Мезени - и их притоков в русла Волги, Днепра, Дона. Высказывается идея перехвата воды в низовьях Дуная, Днепра, Днестра, Дона и Кубани для орошения и обводнения южных районов. Эти огромные работы связываются с утеплением и освежением вод Черного моря, расширением зоны субтропиков на Кавказе и в Крыму.
Наши реки несут в себе огромную энергию - почти 3 тыс. млрд. квт-ч в год могут дать они! Уже сейчас наша страна вводит в строй мощные гидроэлектростанции, превосходящие наиболее крупные гидростанции капиталистических стран.
Строя каскады гидроэлектростанций, мы создадим единую водохозяйственную систему страны, соединим между собой все реки, все 14 морей, омывающих нашу землю, и три океана - Северный Ледовитый, Тихий и Атлантический.
Большое гидростроительство ведется в Китае. Там намечено сооружение на р. Янцзы гидроэлектростанции Санься небывалой мощности - 20-25 млн. кВт. На ней впервые будут установлены гидрогенераторы по 1 млн. кВт каждый.
Многим государствам уже сейчас очень нужны согласованные схемы международного комплексного использования отдельных рек. Первые ласточки такого международного сотрудничества - большие работы советских и китайских гидроэнергетиков по использованию Амура, работы по использованию пограничных рек с Монголией, Афганистаном, Ираном, Норвегией, Финляндией. Разрабатывается прямой водный путь Днепр - Эльба - первое звено возможной водноэнергетической системы Восточной и Западной Европы. Советские гидроэнергетики участвуют в сооружении высотной Асуанской плотины на р. Нил в Египте.
Природные условия и ресурсы распределены на Земле неравномерно.
В Азиатской части Советского Союза, например, сосредоточены наши главные природные сокровища. Там величайшие реки, мировые запасы леса, сказочные клады железа, цветных и редких металлов, много не использованных под посевы земель. Поэтому в будущем транспортные и энергетические связи Востока и Запада нашей страны придется перестраивать. Кроме того, Европа, природные ресурсы которой ограничены, развиваясь в условиях мирного сосуществования, будет обращаться к гигантским восточным базам дешевой энергии, топлива, леса, продовольствия и различного сырья.
Большое значение будут иметь международные магистральные трубопроводы нефти, газа, жидкого аммиака - основного средства увеличения плодородия земли.
В ясные дни с мыса Дежнева виден американский берег. Берингов пролив - это единственно возможный пункт для сухопутной связи Азии с Америкой. Расстояние между станцией Большой Невер и железнодорожной сетью США через Берингов пролив составило бы 7200 км, т. е. было бы почти в полтора раза короче пути через Тихий океан. Сухопутный путь СССР - США отличался бы постоянством, надежностью и экономической выгодностью. Он должен иметь мощные скоростные локомотивы и большие вагоны. При скорости, превышающей 300 км/час, такие экспрессы покрывали бы расстояние от Сибирской магистрали до железнодорожной сети США почти за 30 час.
Новая дорога протяженностью около 4000 км (на нашей стороне) установила бы надежную связь с обширными пространствами Северо-Востока СССР с их неисчерпаемыми природными богатствами.
Путь СССР - США может быть почти одинаковой длины с Сибирской магистралью. Ее протяженность от Челябинска до Владивостока 7400 км, и построили ее за 15 лет (1891 - 1905).
По Сибирскую дорогу строило одно государство. А новая дорога - межконтинентальное сооружение, которое в условиях сотрудничества и мира смогут строить две страны.
Во многих странах мира миллионы людей интересуются инженерными проектами международного значения.
Уже теперь человек пытается искусственно воспроизвести такие титанические явления, как морские течения. Мечты о преобразовании климата Северного полушария Земли - уже не грезы, не воздушные замки. Над этой проблемой работают ученые и инженеры. Наука делает первый шаг к организованному перераспределению тепла Земли.
И вот возникла идея перекрыть Берингов пролив исполинским мостом-плотиной. В теле плотины установят тысячи пропеллерных насосов. Их приведут в действие мощные атомные электростанции.
Насосы создали бы теплое течение из Тихого океана в Атлантический, и оно могло бы смягчить климат Сибири и Северной Америки.
Гольфстрим и его северные продолжения несут с собой гораздо больше тепла, чем Куро-Сио. Нужно направить атлантические воды через Полярный бассейн и Берингов пролив в Тихий океан. Насосы Беринговой плотины должны гнать воду не из Тихого океана в Ледовитый, а наоборот. Сквозной проход через Арктику масс теплых вод Атлантики перестроит систему теплых и холодных течений Северного полушария.
Воображению энергетиков уже рисуется искусственный Гольфстрим, который растопит вековые льды, ослабит холодные течения и превратит северные районы СССР и США в обширные цветущие зоны жизни. Над этой великой проблемой должны работать международные коллективы ученых и инженеров.
Мы попытались дать общую картину энергетики будущего и тех преобразовательных работ, которые, возможно, будут производиться с ее помощью. Но для того чтобы приблизить будущее, нужна большая практическая работа по выполнению заданий семилетнего плана развития народного хозяйства страны.
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Переменным - называется такой вид электрического тока, при котором электроны или ионы совершают маятникообразные движения в переменном направлении: сначала в одну, а затем в другую сторону.
Переменный ток или электромагнитные колебания характеризуются параметрами - частотой колебаний (количествополных колебаний в 1 сек) и длиной волны (расстояние, пройденное волной з а 1 период колебания). менного тока и длиной волны существует обратная зависимость: чем больше частота, тем меньше длина волны.
С лечебной целью применяются переменные токи и электромагнитные поля (ЭМП) высокой частоты - (ВЧ) от 30 килогерц (кГц) до 30 мегагерц (МГц), к которым относятся лечебные методы - дарсонвализация и индуктотермия; ультравысокой частоты (30 МГц-300 МГц) – лечебные методы -УВЧ- терапия и УВЧ-индуктотермия; сверхвысокой частоты (СВЧ) от 300 МГц до 30 тыс. МГц, включающие дециметро-волновую и сантиметроволновую терапию, и крайне высокой частоты (КВЧ) -от 30 тыс. до 300 тыс. МГц - КВЧ-терапия. При воздействии переменных токов и ЭМП в тканях не происходит сдвига ионного равновесия, как это отмечЧастота колебаний измеряется в герцах, 1 Гц равен 1колебаниюв 1с, длина волны - в метрах, сантиметрах и миллиметрах. Между частотой переалось под влиянием постоянного вращение дипольных молекул.
Вследствие колебательного движения ионов и вращательного движения диполей в переменном ЭМП, происходит трение частиц друг о друга и образуется эндогенное тепло, в основном в тканях-проводниках, богатых жидкостью. Это составляет неспецифический тепловой компонент механизма действия переменных токов и ЭМП.
Второй компонент механизма действия – специфический, присущий только данным методам электро-терапии, нетепловой или осцилляторный, физико-химический. В его основе лежат колебательные (осцил-ляторные) движения ионов, электронов, дипольных молекул и частей крупных белковых молекул под влиянием ЭМП ВЧ, УВЧ, СВЧ. При этом происходит повышение физико-химической активности атомов, мо-лекул, кристаллических структур в клетках и тканях организма, что приводит к усилению и ускорению фер-ментативных, окислительно-восстановительных реакций, стимуляции обменных процессов, изменению состава белков и аминокислот, рНкрови, образованию биологически активных веществ.
Температурные и физико-химические изменения внутренней среды организма под влиянием физического фактора вызывают раздражение рецепторов в месте воздействия. Импульсы поступают в спинной и головной мозг, где с участием нервных и эндокринных систем формируется общая ответная реакция на воздействие, что и обусловливает лечебный эффект. Тепловой и осцилляторный компоненты механизма действия прояв-ляются при разных лечебных методах в разной степени: так, при индуктотермии главную роль играет образование эндогенного тепла в тканях, при УВЧ-терапии - осцилляторный компонент, а при микро-волновой терапии хорошо выражены оба компонента.
ДАРСОНВАЛИЗАЦИЯ
Дарсонвализация - воздействие на организм импульсного тока высокой частоты (110 кГц), высокого напряжения (20 кВ) и малой силы (0,02 мА) в виде электрических разрядов или переменного ЭМП.
Свое название метод получил по имени французского исследователя Д"Арсонваля, который в 1892 году впервые применил эти токи для лечения больных.
Различают местную и общую дарсонвализацию. В медицинской практике в основном используется мест-ная дарсонвализация, при которой на определенные участки кожи или слизистых оболочек действует переменный ток высокой частоты (110 кГц), тихий или искровой электрический разряд, возникающий между электродом и телом больного, образующееся небольшое количество эндогенного тепла, а также небольшое количество озона и окислов азота.
Электрические разряды раздражают рецепторы кожи и слизистых оболочек, при этом расширяются сосуды, улучшается кровообращение и микроциркуляция, раскрываются резервные капилляры, улуч-шается тонус венозных сосудов, происходит усиление обменных и регенераторных процессов, снижение возбудимости чувствительных и двигательных нервов. Дарсонвализация оказывает обезболивающее, противозудное, сосудорасширяющее, небольшое противовоспалительное, выраженное трофическое действие, стимулирует регенерацию и заживление поврежденных тканей.
Применение дарсонвализации показано при заболеваниях сердца и сосудов, особенно при варикозном расширении вен, сосудистых спазмах, болезнях центральной и периферической нервной системы, при кожных заболеваниях, трофических язвах, вяло гранулирующих ранах, при заболеваниях уха, горла и носа, в стоматологии, гинекологии, урологии, косметологии. Противопоказаниями являются опухолевые заболевания, кровотечения, активный туберкулез, острые гнойные воспалительные процессы, недостаточность кровообращения II стадии, индивидуальная непереносимость тока и истерия. При местной дарсонвализации различают методику контактную и на расстоянии от кожи 5-7 мм, каждая из них может быть лабильной, когда электрод передвигается по телу, или стабильной, когда электрод неподвижен.
Процедуры дарсонвализации проводятся в положении больного сидя или лежа на деревянной кушетке. Участок тела, подлежащий воздействию, обнажают, если он влажный, его высушивают, для лучшего скольжения электрода по коже ее припудривают тальком. Медсестра, выбрав нужный электрод, вставляет его в электрододержатель и проверяет работу электрода на своей руке, при этом должно ощущаться легкое покалывание. Дозируется мощность воздействия по ощущению приятного тепла. Продолжительность воздействия 10-20 минут, на курс 10-15 процедур, ежедневно или через день. После окончания процедуры регулятор мощности выводится до нуля, регулятором напряжения аппарат выключается, после чего электрод можно удалять с места воздействия. При проведении процедуры нельзя касаться больного, так как может возникнуть искровой разряд. Металлические предметы из зоны воздействия удаляют. Электроды после накожных процедур дезинфицируют спиртом, после полостных процедур дезинфекция проводится путем погружения их в дез.раствор (3% раствор хлорамина) на 60 минут, затем электроды промываются проточной
водой с мылом и вновь погружаются в дезраствор, который меняют каждый день. Перед применением электроды промываются водой и протираются спиртом, кипятить электроды нельзя! Металлическая часть электрода не должна соприкасаться с жидкостью.
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИКИ
1. Дарсонвализация волосистой части головы. Процедуру назначают при выпадении волос, себорее, головных болях, связанных с сосудистыми нарушениями, проводят с помощью гребешкового электрода контактно лабильно. Электродом медленно и плавно выполняют расчесывание волос от лба к затылку, при коротких волосах можно расчесывать и в обратном направлении.
Применяется малая мощность воздействия, до ощущения слабого покалывания, длительность процедуры 8-10 минут. Курс лечения -10-15 процедур, проводимых ежедневно или через день.
2. Дарсонвализация при варикозном расширении вен проводится по контактно-лабильной методике грибовидным электродом. Воздействуют на область голеней (или других участков расширения вен), мощность воздействия слабая или средняя, продолжительность - по 5-7 мин. На каждую голень, ежедневно Или через день, на курс 15-20 процедур.
3.Ректальная дарсонвализация при лечении геморроя. Больной перед процедурой опорожняет кишечник. Процедура проводится в положении больного лежа на боку с согнутыми ногами. В задний проход на глубину 4-5 см вводится ректальный электрод в стерильном презервативе, смазанном вазелином. Фиксацию электрода осуществляют мешочками с песком. Мощность увеличивают постепенно до ощущения легкого тепла. Продолжительность воздействия 10-12 минут. Курс лечения 12-15 процедур, выполняемых ежедневно или через день. По окончании процедуры электрод вынимают только после выключения аппарата.
4. Дарсонвализация десен при лечении пародонтоза проводится
специальным десневым электродом, который прикладывается к десне, его медленно передвигают вдоль альвеолярного отростка челюсти по вестибулярной и язычной поверхностям. Мощность воздействия - до ощущения покалывания, длительность процедуры по 6-10 минут на десну каждой челюсти, процедуры проводят ежедневно или через день, на курс до 15 воздействий. Во время процедуры не следует касаться электродом зубов, так как это может вызвать искровой разряд. Для предотвращения прикусывания электрода, между зубами рекомендуется поместить ватно-марлевый валик.
УЛЬТРАТОНОТЕРАПИЯ
Ультратонотерапия - воздействие на определенные участки тела токами над тональной частоты. Этот метод лечения имеет большое сходство с местной дарсонвализацией по механизму действия, лечебному применению и проведению процедур. Отличается он от дарсонвализации тем, что в нем используется ток над тональной частоты (22 кГц), который идет непрерывно, в связи с чем в тканях образуется больше эндогенного тепла, чем при дарсонвализации. Напряжение на выходе ниже (4-5 кВ), что уменьшает
Раздражающее действие ультратоно терапии на кожу и слизистые оболочки.
Улътратонотерапия, как и дарсонвализация, обладает сосудорасширяющим, обезболивающим, противозудным, трофическим и регенерационным действием, противовоспалительное и рассасывающее действие этого метода выражено сильнее, чем при дарсонвализации. Поэтому ультратонотерапия применяется при тех же заболеваниях, что и дарсонвализация, но в урологии, гинекологии и педиатрии ей отдается предпочтение.
ИНДУКТОТЕРМИЯ
Индуктотермия - метод лечения, при котором на определенные участки тела больного воздействуют преимущественно магнитным полем высокой частоты (13,6 МГц). В тканях организма, на которые воздействуют индуктотермией, под влиянием переменного магнитного поля образуются индукционные вихревые токи, вызывающие образование большого количества эндогенного тепла. В механизме действия индуктотермии главным является тепловой компонент, хотя имеется и осцилляторный, выраженный не столь ярко. Тепловой эффект проявляется в большей степени в тканях-проводниках, поэтому происходит большее нагревание мягких тканей - мышц и паренхиматозных органов. Кожа, подкожная клетчатка, кости нагреваются слабее. Температура тканей в глубине организма может повышаться на 2-4°С. Под влиянием эндогенного тепла происходит расширение сосудов, улучшение крово- и лимфообращения, ускорение и усиление биохимических реакций, отмечаются рассасывающее, спазмолитическое, обезболивающее, гипотензивное, регенерирующее, противовоспалительное и бактериостатическое действие.
Индуктотермия применяется при подострых и хронических воспалительных процессах внутренних органов (легких и бронхов, желудочно-кишечного тракта, печени и желчного пузыря, почек), при заболеваниях и травмах суставов и костно-мышечного аппарата, периферической нервной системы, при заболеваниях женских и мужских половых органов.
Индуктотермия противопоказана при острых и гнойных воспалительных процессах, при наличии инородных металлических тел в зоне воздействия, нарушении температурной чувствительности, декомпенса-ции кровообращения, повышении свертываемости крови. Не рекомендуется назначать индуктотермию детямввозрастедо 5 лет.Для проведения процедур индуктотермии на относительно ровные поверхности тела (на спину, живот, поясницу) используют индукторы-диски, которые устанавливают контактно на кожу или через один-два слоя хлопчатобумажной ткани, так как зазор предусмотрен в конструкции индуктора-диска. Для участков тела с неровной поверхностью используется индуктор-кабель, который можно накладывать в виде продольной петли на позвоночник, конечность; в виде плоской спирали в 2,5-3 витка на поясницу, живот, грудную клетку, тазобедренные и плечевые суставы, в виде цилиндрической спирали - вокруг суставов, конечностей, туловища в 2-3 витка. Чтобы витки кабеля располагались равномерно, используются специальные пластмассовые разделительные гребенки, которые создают зазор между витками кабеля в 1-1,5 см. При пересечении витков кабеля их изолируют друг от друга мешочками с песком или несколькими слоями клеенки. Кабель нельзя накладывать непосредственно на обнаженное тело больного, так как вблизи него концентрация силовых линий магнитного поля большая, что может вызвать термический ожог.
При наложении индуктора-кабеля, во избежание термического ожога, для создания зазора на тело накладывают хлопчатобумажную ткань толщиной 1,5-2 см (сложенная простыня или полотенце), а сверху располагают индуктор-кабель. Свободные концы кабеля должны быть примерно равны и подключаться в гнезда согласующего устройства.
Процедуры индуктотермии проводятся в положении больного лежа или сидя на деревянной кушетке, стуле. Металлические предметы из зоны воздействия необходимо удалить. Процедуру можно проводить через одежду (несинтетическую), сухие повязки, в том числе гипсовую. Больного следуе тпредупредить об ощущении умеренного приятного тепла при процедуре. Подготовив больного и наложив индуктор, включают аппарат кнопкой «Вкл». при этом загорается первая сигнальная лампочка; прогрев аппарат 1-2 минуты, включают реле времени на определенную продолжительность процедуры, после этого ручку «Доза» по часовой стрелке устанавливают на указанную в назначении дозировку, ориентируясь по ощущению больного и положению ручки. При этом загорается вторая сигнальная лампочка.
Различают слаботепловую дозу (положение ручки «Доза» 1-3), средне тепловую (4-5) и сильно тепловую (6-8), что соответствует силе анодного тока 150-180 мА, 200-250 мАи выше 250 мА. Продолжительность процедуры индуктотермии и от 10 до 20 минут, проводят лечение через день или ежедневно, на курс - 10-15 воздействий. По окончании процедуры реле времени размыкает цепь и отключается подача тока на индуктор. Ручка «Доза» переводится в нулевое положение, и кнопкой «Выкл» аппарат выключается, индуктор снимается с больного.
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИКИ
переменный ток лечебный медицина заболевание
1. Индуктотермия области грудной клетки. Индуктор-диск или кабель в виде плоской спирали в 3 витка располагают в межлопаточной области (рис.14). Дозировка слаботепловая или средне тепловая. Продолжительность воздействия 15-20 минут, ежедневно или через день, на курс 8-15 процедур.
2.Индуктотермия области печени и желчного пузыря (рис. 15). Индуктор-диск или индуктор-кабель в виде удлиненной спирали в 2,5 витка накладывают на область правого подреберья. Дозировка слаботепловая или средне тепловая, длительность воздействия 10-15 ми нут, через день, на курс 10-15 процедур.
3.Индуктотермия на область коленных или голеностопных, локтевых, лучезапястных суставов. Индуктор-кабель накладывают в виде цилиндрической катушки в 3 витка на один или сразу на оба сустава (рис.16). Дозировка для верхних конечностей слаботепловая, для нижних - слаботепловая или средне тепловая, продолжительность процедур 15-20 минут, ежедневно или через день, на курс 12- 15 процедур.
4.Индуктотермия на область промежности при заболеваниях органов малого таза, при простатитах (рис. 17). Индуктор-кабель располагают на деревянном стуле или кушетке в виде плоской спирали в 3 витка, на него укладывают сложенную простыню или полотенце в качестве зазора, сверху садится больной. Дозировка слабо- или средне тепловая в зависимости от выраженности воспаления, время воздействия 15- 20 минут, через день или ежедневно, 12-15 процедур на курс.
Переменный электрический ток- электрический ток, который через равные промежутки времени изменяется по величине и направлению. Почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде переменного электрического тока. Именно поэтому его значение велико и область его применения широка.
Генератор переменного тока. В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.
Существуют промышленные и бытовые генераторы: Промышленные генераторы- наилучший вариант для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.
Применение в сельском хозяйстве. В с/х используются дизельные генераторы, которые обеспечивают сельскохозяйственную технику (насосы, оборудования, освещение), продление светового дня (для теплиц и птичников), отопление, доильные аппараты и т.д. Также в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур используется низкочастотное излучение квантового генератора в который записана информация снятая с оригиналов применяемых для локализации различных болезней и удаления насекомых.
где - амплитуда тока, - частота , - фаза тока.
1. История
Раннее упоминание практического применения переменного тока встречается у Гийома Дюшена, изобретателя и разработчика электротерапии. В году он объявил, что переменный ток лучше постоянного тока вызывает электротерапевтический запуск мышечных сокращений.
3. Мощность
Мгновенное значение мощности электрического тока равна
, Полная мощность , Активная мощность , Реактивная мощностьгде U - напряжение , а - Сдвиг фаз между напряжением и током.
Однако практичнее использовать усредненное значение мощности
, где - Амплитудное значение силы тока, - Амплитудное значение напряжения.
Переменный ток характеризуют также действующими значениями силы тока и напряжения
4. Производство и передача переменного тока
4.1. Генератор переменного тока
Генератором переменного тока является система с недвижимого статора (состоит из стального сердечника и обмотки) и ротора (электромагнит со стальным сердечником), который вращается внутри него. Через два контактных кольца, к которым прижаты скользящие контакты щетки, проводится электрический ток. Электромагнит создает магнитное поле, которое вращается с угловой скоростью вращения ротора и возбуждает в обмотке статора ЭДС индукции. Чтобы ротор вращался и создавал магнитное поле, которое вызывает в статоре ЭДС индукции, ему необходимо предоставлять энергию. Ротор вращается в электростанциях с помощью паровых (ТЭС и АЭС) или гидротурбин (ГЭС).
Loading...