Wird Strom mit einer Frequenz von weniger als 1 Hz immer noch als Gleichstrom betrachtet?

Wir hatten letzte Nacht einen großen Streit mit vagen Schlussfolgerungen. Wird der Strom mit einer Frequenz von weniger als 1 Hz als Gleichstrom betrachtet?

Es würde immer noch einer Welle ähneln ...

AC und DC sind relative Begriffe. Wenn Sie eine 10-kHz-Wellenform für 100 ns betrachten, werden Sie denken, dass es sich um Gleichstrom handelt. Es funktioniert auch umgekehrt: Wenn Sie vergessen, was Sie mit "DC" versorgt, wer weiß, ob sich diese Wellenform in den nächsten Sekunden, Minuten, Tagen, Jahren nicht ändern wird? Denken Sie an die Spannung eines Kondensators zum Beispiel bei langsamer Entladung. Wenn Sie die Spannung auf einem Oszilloskop überwachen, sehen Sie eine flache Linie. DC sagst du? Warten Sie länger, und die Spannung der Flachleitung nimmt gegen Null ab, was bedeutet, dass auch dort Wechselstrom vorhanden ist.

Außerdem ist kein Signal tatsächlich reiner Gleichstrom, Sie haben aufgrund von Rauschen und allerlei Ursachen immer auch Wechselstromkomponenten. Es ist nur "DC-genug" oder "AC-genug" für die Anwendung, für die Sie es verwenden möchten.

Fourier-Transformationen sind ein guter Weg, um darzustellen, welche DC- und AC-Komponenten in einer Wellenform enthalten sind. Die Transformation ist für periodische Signale konstant und hängt von der Zeit für alle nichtperiodischen Signale ab, wie im Kondensatorbeispiel. Für die Rechteckwelle: ( Quelle: Wikipedia )

Ja, Sie können Wechselstrom mit einer Frequenz von weniger als 1 Hz haben, genauso wie Sie Zahlen zwischen 0 und 1 haben können.

$1 \times 10^{-100}Hz$

Wie bei jeder Wechselspannung ist die Frequenz die Umkehrung der Periode in Sekunden und umgekehrt:

Wenn f asymptotisch nahe an 0 kommt, wird T entsprechend sehr groß.

Als praktisches Beispiel habe ich einen Funktionsgenerator , der jede Frequenz bis zu 5 MHz in Schritten von 0,01 Hz erzeugt. Bei seiner niedrigsten Einstellung (0,01 Hz) kann es eine Sinuswelle mit einer Periode von 100 Sekunden erzeugen.

Wenn Sie streng sein wollen, ist der gesamte tatsächliche Strom Wechselstrom. Ich erkläre warum.

Unter thermodynamischen Gesichtspunkten würde ein Gleichstrom (der seine Größe niemals ändert) zwei feste Ladungsendpunkte erfordern; das heißt, ein relativer Positiver, ein relativer Negativer. (Ich verwende hier Ladung anstelle von Spannung oder Strom, um an meinem thermodynamischen Ansatz festzuhalten und die Dinge einfach zu halten.) Das relative Positive würde sich in das relative Negative aufteilen, ohne jemals die Größe selbst zu ändern. somit eine unendliche Ladungsquelle, die in einen unendlichen Brunnen fließt. Das ist natürlich ein Ideal.

Da solche Black Boxes in der realen Welt nicht existieren, ist es sicherer zu sagen, dass "Gleichstrom" einfach ein Modell ist. Die dafür geltenden Regeln wurden berechnet und können auf eine sich langsam ändernde Spannungsquelle angewendet werden, z. B. auf eine langsam entladene AA-Batterie. Aber alle Stromquellen erreichen letztendlich Null und haben somit eine Frequenz.

Im weiteren Sinne gibt es also Fälle, in denen / jede / aktuelle Frequenz als DC beschrieben werden kann; und die AC-Gesetze können aus den DC-Gesetzen abgeleitet werden. Ob 1 Hz wie Gleichstrom aussieht, hängt davon ab, wie kurz ein Zeitfenster ist, über das Sie es verwenden, und wie nahe es sich in dieser Zeit dem Pegel zu befinden scheint. Es liegt wirklich an dir.

Wie andere bereits ausgeführt haben, können Sie eine Wechselstromfrequenz von so niedriger Frequenz haben, wie Sie möchten.

Ich denke es lohnt sich jedoch hinzuzufügen, dass es bei so tiefen Frequenzen meistens geht nicht so verhält, wie die meisten von uns normalerweise an Wechselstrom denken.

Nur als offensichtliches Beispiel kann man sich einen Kondensator so vorstellen, dass er Wechselstrom durchlässt, aber Gleichstrom stoppt. Bei extrem niedrigen Frequenzen, wie Sie es in Betracht ziehen, werden Sie wahrscheinlich keinen nennenswerten Stromfluss sehen, obwohl es sich technisch um Wechselstrom handelt.

Insbesondere wirkt ein Kondensator grundsätzlich wie ein (sehr sanfter) Hochpassfilter. Um eine so tiefe Frequenz gut passieren zu können, bräuchte man einen enorm großen Kondensator. Bei weitem der häufigste Typ eines großen Kondensators ist ein Elektrolytkondensator. Ein Elektrolytkondensator ist ein bisschen wie eine Spezialbatterie - das heißt, ein Teil der Funktionsweise ist chemisch und nicht rein elektrisch. Elektrolytkondensatoren können sich wie Batterien mit der Zeit selbst entladen. Ich habe noch nie eine genaue Selbstentladungsrate getestet, aber es würde mich nicht sehr überraschen, wenn die Selbstentladung schneller wäre, als wenn (zum Beispiel) ein 0,01-Hz-Signal sie auflädt - wenn ja, Das Nettoergebnis wäre, dass der Kondensator niemals aufgeladen würde, und es würde im Grunde genommen so aussehen, als gäbe es überhaupt keinen Kondensator. ¹

Das Fazit ist, dass die meisten Wechselstromkreise für viel höhere Frequenzen ausgelegt sind. Obwohl es keinen scharfen Cutoff gibt, unter dem ein Signal nicht mehr Wechselstrom ist, kann einiges an typischen Überlegungen zum Wechselstromkreisdesign leicht auseinanderfallen Sie erreichen solche ... unterirdischen Frequenzen.

Nur als Referenz: Die niedrigste Frequenz von Wechselstrom, die wirklich häufig / weit verbreitet ist, ist wahrscheinlich in Audiokreisen. Auch wenn es (wieder) kein hartes Cuttoff ist, beträgt die typische Zahl, die als unteres Ende des Audiobereichs verwendet wird, 20 Hz.

Es wurden einige Arbeiten mit extrem niederfrequentem Radio durchgeführt, aber die niedrigste Frequenz, von der ich weiß, lag bei ungefähr 50 Hz. Für ein 1-Hz-Signal wäre eine Halbwellendipolantenne wesentlich größer als der Planet Erde.

^{1. Fairerweise sind die meisten Elektrolytkondensatoren polarisiert, sodass Sie sie normalerweise für Filter in Gleichstromversorgungen verwenden. Hier gehe ich von einem (zugegebenermaßen selteneren) nicht polarisierten Elektrolytkondensator aus.}

Natürlich. 1 Hz ist einmal pro Sekunde und eine Sekunde ist eine ziemlich willkürliche Zeitdauer. Wenn wir uns auf 100 Sekunden pro Minute festgelegt hätten, wären 60 Mal pro Minute 0,6 Hz gewesen.

Ja, Sie können Wechselstrom (AC) verwenden, der mit einer Frequenz von weniger als 1 Zyklus pro Sekunde (einer Zeitspanne von mehr als 1 Sekunde ) wechselt. Wenn Sie eine Batterie und einen Widerstand mit einem ordnungsgemäß verdrahteten DPDT-Schalter anschließen, können Sie die Spannung am Widerstand nach Belieben umkehren. Wenn Sie den Schalter also einmal pro Sekunde oder alle 2 Sekunden oder alle 100 Sekunden usw. manuell betätigen, erhalten Sie Wechselstrom mit einer Frequenz von weniger als 1 Zyklus pro Sekunde.

Ob eine Spannung AC oder DC ist, hat nichts mit der Frequenz zu tun, sondern eher damit, ob die Spannung wechselt oder nicht. Wenn es nicht wechselt, ist es DC.

Wenn eine Spannung immer über Null bleibt (dh positiv), ist sie "DC", obwohl sie eine kleine "AC" -Komponente haben kann. Solche Spannungen haben einen Mittelwert über Null (Gleichstrompegel).

Wenn andererseits die Spannung von positiv nach negativ wechselt (egal wie langsam), handelt es sich um „Wechselstrom“. Solche Spannungen haben einen Mittelwert von Null.

Ja. Hertz ist ein Maß dafür, wie viele Zyklen in einem bestimmten Zeitrahmen (1 Sekunde) stattfinden.

Da die Zeit subjektiv ist und eine Sekunde eine vom Menschen definierte Einheit ist, könnte (zum Beispiel) eine "Zekunde" vorliegen, die 0,4 Sekunden dauert.

Daher könnte die Definition von Hertz anders sein, aber ihre Bedeutung behalten.