Як побачити змінний струм камерою телефона? Вашій увазі пропонуємо цікаве дослідження, для якого потрібна дешева неякісна світлодіодна лампа та камера мобільного телефону.

Якщо піднести камеру телефону дуже близько до увімкненої дешевої світлодіодної лампи, то можна побачити подібну картину – дивні чорно-білі полоси на весь екран. Це спостереження неочікувано доводить, що у наших розетках саме змінний струм, а не постійний.

Як саме це працює? Пригадаємо декілька фактів

  • По-перше, частота змінного струму у розетках – 50 Гц. Це означає, що змінний електричний струм робить 50 "циклів" на секунду (тобто 50 разів тече "туди і назад")
  • По-друге, значення миттєвої сили струму при змінному струмі змінюється не скачкоподібно, а плавно, "по синусоїді".

Розглянемо типовий графік залежності миттєвої сили струму від часу:

Ми зобразили на графіку перші три періоди коливання змінного струму. Бачимо, що за один період сила струму двічі дорівнює нулю. Отже, якщо частота змінного струму 50 Гц (50 повних коливань за секунду), то сила струму у розетці "в моменті" дорівнює нулю 100 разів на секунду.

До речі, для зручності ми намалювали на графіку вище, що період коливань 2 секунди, а частота відповідно всього 0.5 Гц.

А ось так приблизно виглядає графік всього лише однієї секунди коливань при частоті коливань струму 50 Гц, тобто як в розетці:

Але до чого тут наша світлодіодна лампа? Повернемося до ламп.

Деякі (найпростіші) діодні лампи влаштовані так, що їхня яскравість залежить від сили струму. Ми вже з'ясували, що сила струму "в моменті" дорівнює нулю 100 разів на секунду. Отже, якщо така діодна лампа увімкнена у ланцюг зі змінним струмом, вона 100 раз на секунду згасатиме і потім загоратиметься знову.

Таку поведінку діодної лампи ми не можемо помітити людським оком – наше око не настільки чутливе, щоб фіксувати такі "мікровмикання та вимикання". Але ми можемо зафіксувати таку поведінку камерою.

Як це працює? У будь-якої камери є такий параметр, як витримка (exposure time). Витримка це час, протягом якого камера "фотографує", тобто зберігає світло, яке потрапляє на об'єктив, у внутрішню пам'ять і далі на фото. Витримка на камерах телефонів обирається автоматично і загалом діє правило "чим більше світла, тим менше витримка".

Коли ми підносимо камеру близько до яскравого світла, витримка (тобто час фотографування) сильно зменшується. Але само по собі це не пояснює дивні чорно-білі смуги на фото. Ще одна важлива технічна особливість -- через те, що фотографія робиться дуже швидко, вона робиться "поступово", можна уявити, ніби фото робиться зліва направо

Уявіть ситуацію: починаємо збереження фотографії:

  • камера "зберегла" початок фотографій, лампа не горіла, темно – бачимо темну полосу
  • камера трохи змістилася вправо – загорілося багато світла – зберегли світлу смугу
  • камера продовжує зміщатися – в цей час лампа знову погасла – знову темна полоса
  • ...і так далі допоки не дійдемо до кінця фото

Підсумуємо: Дешева лампа, яка гасне 100 разів на секунду + коротка витримка камери + механізм збереження фотографій "зліва направо" = смугаста фотографія та цікаве дослідження, щоб довести, що у наших розетках дійсно змінний струм!

До речі, якщо вам вдалося повторити наше дослідження і знайти таку лампу, то краще її не використовувати регулярно. Як ми казали, людське око не фіксує такі коливання світла у лампі – нам візуально здається що лампа світить постійно і неперервно. А проте, наш мозок відчуває, що щось не так, але не може це інтерпретувати. В результаті, людина може відчувати перевтому, головний біль та зниження концентрації якщо довго перебуває у приміщеннях з подібним освітленням. Рекомендуємо не використовувати такі лампи на робочих місцях.

А ще в нас є теоретичний дослідницький проєкт, де ми порівнюємо ефективність ламп розжарення та світлодіодних ламп, запрошуємо почитати.