Переменный ток

Координаты: абсцисса — время, ордината — вольтаж

Переменный ток. Урок №10 // Э+М [8:19]

Физика: подготовка к ЕГЭ. Переменный электрический ток. Колебательный контур и его свойства // Timetostudy Сourses [50:57]

Переменный ток — электрический ток, сила которого периодически меняется со временем.

В основном колебания тока происходят по гармоническому закону

$I=I_{0}\cos(2\pi \nu t-\varphi )$,

где $I_{0}$ — амплитуда тока, $\nu$ — частота, $\varphi$ — фаза тока.

Переменный ток возникает в электрической цепи с переменным напряжением. Колебания напряжения происходят по подобному закону, однако, в общем случае со сдвигом фазы $\Delta \varphi$

$U=U_{0}\cos(2\pi \nu t-\varphi -\Delta \varphi )$

Индуктивность — элемент цепи учитывающий энергию магнитного поля. При изменении тока в индуктивности возникает ЭДС самоиндукции. Чтобы через индуктивность проходил переменный ток до ее вывода надо подложить напряжение индуктивности.

Преимуществом переменного тока является то, что его легче производить и передавать к потребителю. Постоянный ток можно получить из переменного с помощью выпрямления.

Физика переменного тока

Особенностью переменного тока является то, что некоторые элементы электрической цепи влияют не только на амплитуду тока, но и на его фазу. Поэтому для расчетов электрических цепей вместо сопротивлений используются комплексные опоры — импеданс, а все расчеты производятся с использованием комплексных чисел.

Мощность

Мгновенное значение мощности электрического тока равно

$S=IU\,$, полная мощность

$P=IU\cos \,\Delta \varphi$, активная мощность

$Q=IU\sin \,\Delta \varphi$, реактивная мощность

где U — напряжение, а $\Delta \varphi$ — сдвиг фаз между напряжением и током.

Однако практичнее использовать усредненное значение мощности

$\langle P\rangle ={\frac {1}{2}}I_{0}U_{0}$,

где $I_{0}$ — амплитудное значение силы тока, $U_{0}$ — амплитудное значение напряжения.

Переменный ток характеризуют также действующими значениями силы тока и напряжения

$I_{a}={\frac {1}{\sqrt {2}}}I_{0}$

$U_{a}={\frac {1}{\sqrt {2}}}U_{0}$

Производство и передача переменного тока

Генератор переменного тока

Генератором переменного тока является система из неподвижного статора (состоит из стального сердечника и обмотки) и ротора (электромагнит со стальным сердечником), который вращается внутри него. Через два контактных кольца, к которым прижаты скользящие контакты щетки, проводится электрический ток. Электромагнит создает магнитное поле, которое вращается с угловой скоростью вращения ротора и возбуждает в обмотке статора ЭДС индукции. Чтобы ротор вращался и создавал магнитное поле, которое вызывает в статоре ЭДС индукции, ему необходимо предоставлять энергию. Ротор вращается в электростанциях с помощью паровых (ТЭС и АЭС) или гидротурбин (ГЭС).

Трансформатор

Для того, чтобы снизить напряжение, необходимое для потребителей на выходе электрогенераторов (220 В), и повысить напряжение, необходимое для передачи ее по ЛЭП (400—500 кВ), нужен трансформатор. Он состоит из первичной и вторичной катушек и замкнутого сердечника. При подаче напряжения на первичную катушку возникает переменный ток. В сердцевине он превращается в магнитный поток, который затем проходит через обе катушки и вызывает их ЭДС (электродвижущую силу, которая образуется в результате воздействия на катушки магнитного поля).

См. также

• История переменного тока
• Электрический ток
• Постоянный ток

Ссылки

• Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного
• Переменный ток
• Основные понятия и определения о переменном токе