38. Переменный электрический ток. Закон Ома для цепей переменного тока. Мощность переменного тока.

Ответ. Переменный электрический ток - это ток, изменяющийся как по величине, так и по направлению. Как правило, под переменным током имеют в виду синусоидальный ток, сила которого меняется по закону синуса (либо косинуса): 𝑈(𝑡) = 𝑈𝑚 sin 𝜔𝑡, 𝐼(𝑡) = 𝐼𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡. Преимущества переменного тока перед постоянным током: Переменный ток легко получить, Переменный ток обладает способностью трансформироваться, то есть изменять величину напряжения с помощью трансформаторов в тысячи раз, Экономичная передача электрической энергии на большие расстояния. Для переменного тока введены понятия эффективных значений силы тока Iэфф и напряжения Uэфф . Их физический смысл заключается в том, что они равны значениям силы тока и напряжения такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется такое же количество теплоты, что и при протекании данного переменного тока. Связь Iэфф и Uэфф с амплитудными значениями Im и Um следующая: 𝐼эфф = 𝐼𝑚/√2≈ 0,7 𝐼𝑚; 𝑈эфф =𝑈𝑚/√2≈ 0,7 𝑈𝑚. Любая электрическая цепь имеет все три вида сопротивления: активное Ro, индуктивное XL и емкостное XC (если не в "чистом" виде, то хотя бы за счёт соединительных проводов). Установим зависимость эффективного значения силы тока Iэфф от эффективного напряжения Uэффи полного сопротивления (импеданса) электрической цепи. Закон Ома для цепей переменного тока . Аналогичное выражение справедливо и для амплитудных значений тока и напряжения Im и Um. 𝐼эфф и 𝑈эфф ‒ эффективные значения силы тока и напряжения соответственно; Z=√𝑅0 + (𝜔𝐿 – 1/𝜔𝐶)² ‒ полное сопротивление или импеданс электрической цепи; (𝜔𝐿 – 1/𝜔𝐶)² ‒ реактивное сопротивление; 𝑅0 ‒омическое сопротивление; ωL ‒ индуктивная нагрузка;1/𝜔𝐶 ‒ емкостная нагрузка; ω ‒ циклическая частота; L ‒ индуктивность; С ‒ электроемкость. На реактивном сопротивлении не происходит необратимого превращения энергии источника тока в тепловую энергию: при замыкании цепи вокруг индуктивности L создаётся магнитное поле, а в конденсаторе С – электрическое поле; при размыкании же цепи энергия этих полей возвращается в цепь. Если XL> XC , то изменения напряжения опережают изменения силы тока. Если XL< XC , то изменения напряжения отстают от изменений силы тока. Если же XL= XC (т.е. при 𝜔𝐿 = 1/𝜔𝐶), то изменения I и U происходят синфазно (в одинаковой фазе) и в цепи наступает электрический резонанс, а частоту 𝜔0 = 1/√𝐿𝐶 называют резонансной частотой. Согласно определению Z, полное сопротивление цепи при резонансе будет минимальным и равным омическому сопротивлению ( Z = Ro ). 〈𝑃〉 = ½ 𝐼𝑚𝑈𝑚 cos𝜑 = 𝐼эфф𝑈эфф cos𝜑. Из формулы видно, что мощность, выделяемая в цепи переменного тока, зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними. Если cos «1, то для передачи заданной мощности при данном напряжении генератора придётся увеличить силу тока Iэфф, что приведёт либо к дополнительному нагреву проводов что приводит к потерям, либо придётся увеличить сечение проводов, что повышает стоимость линий электропередачи. Поэтому энергетики всегда стремятся увеличить cos φ, наименьшее допустимое значение которого около 0,85. Поскольку реальные нагрузки имеют преимущественно индуктивный характер (двигатели, дроссели, трансформаторы и т.п.), то на электроподстанциях, для достижения равенства XL= XC, устанавливают специальные огромные компенсационные конденсаторы.