7. Переменный ток, его основные характеристики.

Переменный электрический ток-это вынужденные электромагнитные колебания. Это изменение силы тока и напряжения по гармоническому закону

Уравнение переменного тока

I=Im sin(ωt+φ₀) u=Um sin(ωt+φ₀)

где i, u- мгновенное значение силы тока и напряжения

Im , Um- максимальное значение силы тока и напряжения( амплитуда)

ω — циклическая частота колебаний (число колебаний, совершаемых за 2Π секунд),

φ₀ — начальная фаза колебаний.

Период колебаний—это время, за которое совершается одно полное колебание.T=1/v

Частота-число колебаний за 1 секунду ν=1/Т

Приборы, включенные в цепь переменного тока должны быть рассчитаны на максимальные значения тока и напряжения. Но энергия, которую они потребляют, определяется через действующее значение. Амперметр и вольтметр, включенные в цепь переменного тока показывают действующее значение. Действующее значение- это некоторое усредненное значение.

I_д =I_m| √2 U_д =U_m|√2

Действующее значение определяется по тепловому действию. Оно равно силе постоянного тока, которая за промежуток времени вызывает такое же нагревание проводника, как и рассматриваемый переменный ток.

П еременный электрический ток имеет форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота.        

Переменный электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.              Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.        Максимальное значение напряжения электрического тока Umax - это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды.

Действующее значение напряжения электрического тока Uср - это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:

U_ср = 2 * U_max / π = 0,636 U_max

Измерительные приборы – вольтметры, цешки, мультиметры для измерения переменного напряжения имеют в своей схеме выпрямитель и сглаживающий конденсатор. Эта цепочка "округляет" множитель разницы максимального и измеряемого напряжения до числа 0,7. Поэтому, если Вы будете наблюдать на экране осциллографа синусоиду напряжения амплитудой 10 вольт, то вольтметр (цешка, мультиметр) покажет не 10, а около 7 вольт. Вы думаете что в Вашей домашней розетке – 220 вольт? Так и есть, но не совсем так! 220 вольт – это среднее значение напряжения бытовой розетки, усреднённое измерительным прибором - вольтметром. Максимальное же напряжение следует из формулы:

U_max = U_изм / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 вольт

      Именно поэтому, когда Вас "бъёт" током от электрической розетки 220 вольт, знайте, что это Ваша иллюзия. На самом деле, Вас трясёт напряжение около 314 вольт:DDDD)))

7. Резистор в цепи переменного тока.

Сопротивление резистора называют активным сопротивлением, т.к. при прохождении по нему тока, в сопротивлении выделяется тепло. Потраченную энергию резистор в цепь не возвращает. Если в цепи с активным сопротивлением напряжение изменяется по закону:

u = Um∙sinωt, тогда закон Ома действует и для синусоидального тока: i = u / R = (Um / r) ∙sinωt.

Протекающий через активное сопротивление ток всегда совпадает по фазе с напряжением. Для действующих значений тока и напряжения закон Ома примет формулу:

                                                                       I = U / R.

Мгновенная мощность получается умножением u и  i.

                                             p = u ∙ i = Um∙Im∙sin²ωt 

         Средняя мощность за период называется активной мощностью и обозначается буквой Р.

 P = U∙I= I²R = U² /Rr , где                                                           

P – активная мощность в ваттах (Вт);

U –действующее значение напряжения в вольтах (В);

I – э действующее значение тока в амперах (А);

R – активное сопротивление в Омах (Ом).