Змінний струм, фізика
Змінний струм - це в широкому сенсі електричний струм, що змінюється в часі. Найчастіше це зміна відбувається за синусоїдальним законом I = I0 sin (ωt + φ). Саме такий струм генерують промислові джерела струму.
У різних перетинах лінійного провідника сила струму однакова, але в часі вона змінюється по періодичному закону. Кожне значення сили струму повторюється через проміжок часу T = 2π / ω, який називається періодом, а величина ω - кутова частота. Стабільність частоти є важливою якістю змінного струму. Аргумент у синуса - величина ωt + φ - називається фазою (корисно абстрагуватися від геометричного сенсу синуса і не сприймати аргумент у синуса як деякий кут).
При постійному струмі електрони рухаються в тонкому провіднику як і вода в трубі, але при змінному струмі кожен з них здійснює коливальний рух уздовж провідника як гармонійний осцилятор. Амплітуда цих коливань досить мала, і в межах окремого провідника всі електрони коливаються в фазі, т. Е. Синхронно. Якщо до джерела з напругою U приєднана ланцюг, що включає конденсатор, то (наслідок закону Ома)
Моделлю генератора змінного струму служить дротяна рамка, що обертається між смугами постійного магніту
Тут перший доданок в правій частині - падіння напруги на опорі, друге - на конденсаторі (q - заряд конденсатора), третє - ЕРС сторонніх сил, що діють на даній ділянці. Потужність, що виділяється в цьому ланцюзі, визначається рівністю
Це робота, яку робить джерело за одиницю часу.
При відсутності конденсатора слід покласти 1 / C = 0. З формули [1] з урахуванням формули [2] знайдемо:
Це значення потужності в момент часу t. Середнє за період значення потужності одно:
Нехай є ящик з невідомої начинкою. У точкеA в ящик входить провідник з силою струму I, в точкеBвиходіт провідник з такою ж силою струму. Вольтметр показує напряженіеUeffмежду точкаміAіB.Формула [3] визначає потужність, що виділяється в ящику. Якщо ця потужність позитивна (cosφ> 0), то або в ящику виділяється теплота, або прихований електромотор, що здійснює відповідну роботу, або те й інше разом. Есліcosφ<0, то в ящике скрыт генератор тока. Если мощность близка к нулю, а ток не равен нулю, в ящике находится конденсатор или катушка с большой индуктивностью. (Выделяемая мощность положительна, если в данный момент ток течет в сторону меньшего потенциала.)
При відсутності навантаження струм в первинній обмотці трансформатора визначається формулами [2], з урахуванням того, що 1 / C = 0, а споживана потужність - формулою [3]. Різниця фазφблізка до -π / 2, і споживана потужність мала. При підключенні навантаження у вторинній обмотці з'являється струм, який індукує додатковий струм в первинної. Різниця фаз змінюється, і споживана потужність збільшується.
На цій сторінці матеріал за темами: