1. Змінний електричний струм

Змінний електричний струм – це струм, який змінюється за величиною і напрямом. Наприклад, ця зміна може відбуватись за гармонічним законом

I = I_o sin(t+₀), (54.1)

де І_o- максимальне (амплітудне) значення сили струмуω–циклічна (або кругова) частота, яка зв’язана з періодом коливань Т, або частотою коливаньν співвідношенням (54.2)_о– початкова фаза коливань.

=2/T=2v(54.2)

Якщо визначити енергоздатність змінного струму, то можна встановити величину, яка отримала назву ефективного (абодіючого) значення сили струму, а саме

ефективне значення сили змінного струму І_еф – сила такого постійного струму, який за своєю енергоздатністю (наприклад, виділення теплоти за той же час) еквівалентний даному змінному струму.

Для синусоїдальних струмів їх ефективне значення І_ефменше максимальногоІ_mахвразів (формула (54.3)). Аналогічний вираз маємо для ефективного значення напруги змінного струму (формула (54.4)).

(54.3)

(54.4)

2. Активний опір в колі змінного струму

Активний опір- та частина опору електричного кола змінного струму, на якій відбувається виділення джоулевого теплаQ(54.5).

(54.5)

Для характеристики кіл змінного струму зручно користуватись методом векторних діаграм, де максимальні значення сили струму I_oі напругиU_oзображаються відповідними векторами. Так, на активному опорі коливання сили струму і напруги відбуваються в однаковій фазі, тому векторна діаграма змінного струму з активним опором буде мати вигляд, зображений на рис. 54.2.

При малих частотах струму активний опір кола наближається до його опору при постійному струмі. При високих частотах виникають особливі ефекти, які приводять до збільшення опору кола з активним опоромR. В цьому колі коливання змінного струмуІспівпадають по фазі з коливаннями напругиU. При високих частотах струму можливий поверхневий ефект, коли струм у провіднику тече тільки по його поверхні. Крім того, відбуваються втрати на перемагнічування провідника.

3. ЄМНІСТЬ У КОЛІ ЗМІННОГО СТРУМУ

Конденсатор являє собою систему двох провідників, які розділені діелектриком. Наприклад, плоский конденсатор – дві близько розташовані паралельні пластини (обкладинки). Ємність конденсатора, фізична величина, рівна відношенню заряду на пластинахq до різниці потенціалів ₁-₂=U між ними.

, (54.6)

Для кола постійного струму конденсатор є розривом такого кола, струм відсутній, так як між обкладинками конденсатора відсутні вільні заряди (знаходиться вакуум або діелектрик). Якщо ж конденсатор С ввімкнути в коло змінного струму (рис.54.3), то його обкладинки будуть перезаряджатись і в колі виникне електричний струм. Але коливання струму не співпадають за фазою з коливаннями напруги. Дійсно, якщо напруга на обкладинках конденсатора збільшується від нуля до максимального значення, то саме на початку цього збільшення почнеться найбільш інтенсивна зарядка конденсатора. Коли ж напруга досягне максимального значення, зарядка конденсатора припиниться і струм стане рівним нулю.

Кількісні співвідношення між коливаннями сили струму і напруги в колі змінного струму з конденсатором встановлюються наступним чином.

Зміна заряду конденсатора на dqпризводить до зміни напруги між обкладинками наdU, так, що

, (54.7)

тоді миттєве значення сили струму iбуде дорівнювати

. (54.8)

Якщо напруга між обкладинками конденсатора змінюється за законом

, (54.9)

де U_o– максимальне значення напруги, то згідно 54.8 (взявши похідну), отримаємо

. (54.10)

Таким чином, коливання сили струму в колі змінного струму з конденсатором випереджають коливання напруги за фазою на/2 і векторна діаграма такого кола матиме наступний вигляд (рис. 54.4).

Максимальне значення сили струму в колі змінного струму з конденсатором, як випливає з (54.10) буде дорівнювати

. (54.11)

Якщо порівняти це значення із законом Ома , то легко помітити, що роль опору в колі змінного струму з ємністю грає величина

, (54.12)

яка називається реактивним ємнісним опором (реактивний – від латинського слова – протидія).