Εναλλασσόμενο ρεύμα. Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα
Οι ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις, όπως και οι μηχανικοί, είναι δύο ειδών: ελεύθερες και εξαναγκασμένες.
Ελεύθερες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις, πάντα αποσβεσμένες ταλαντώσεις. Ως εκ τούτου, στην πράξη δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ. Ενώ οι εξαναγκασμένοι κραδασμοί χρησιμοποιούνται παντού και παντού. Κάθε μέρα εσείς και εγώ μπορούμε να παρατηρούμε αυτές τις διακυμάνσεις.
Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα
Όλα τα διαμερίσματά μας φωτίζονται με εναλλασσόμενο ρεύμα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα δεν είναι τίποτα άλλο από εξαναγκασμένες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις. Το ρεύμα και η τάση θα αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο. Οι διακυμάνσεις, για παράδειγμα, στην τάση μπορούν να ανιχνευθούν εφαρμόζοντας τάση από μια πρίζα σε έναν παλμογράφο.
Ένα ημιτονοειδές κύμα θα εμφανιστεί στην οθόνη του παλμογράφου. Η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να υπολογιστεί. Θα είναι ίση με τη συχνότητα των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων. Η τυπική συχνότητα για το βιομηχανικό εναλλασσόμενο ρεύμα θεωρείται ότι είναι 50 Hz. Δηλαδή σε 1 δευτερόλεπτο η φορά του ρεύματος στην πρίζα αλλάζει 50 φορές. Τα βιομηχανικά δίκτυα των ΗΠΑ χρησιμοποιούν συχνότητα 60 Hz.
Μια αλλαγή στην τάση στα άκρα του κυκλώματος θα προκαλέσει αλλαγή στην ισχύ του ρεύματος στο κύκλωμα ταλαντευόμενου κυκλώματος. Πρέπει ακόμα να γίνει κατανοητό ότι η αλλαγή ηλεκτρικό πεδίοδεν συμβαίνει αμέσως σε ολόκληρη την αλυσίδα.
Επειδή όμως αυτός ο χρόνος είναι σημαντικά μικρότερος από την περίοδο διακύμανσης της τάσης στα άκρα του κυκλώματος, συνήθως πιστεύεται ότι ηλεκτρικό πεδίοστο κύκλωμα αλλάζει αμέσως καθώς αλλάζει η τάση στα άκρα του κυκλώματος.
Η εναλλασσόμενη τάση στην πρίζα δημιουργείται από γεννήτριες σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η απλούστερη γεννήτρια μπορεί να θεωρηθεί ένα συρμάτινο πλαίσιο που περιστρέφεται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.
Η μαγνητική ροή που διεισδύει στο κύκλωμα θα αλλάζει συνεχώς και θα είναι ανάλογη με το συνημίτονο της γωνίας μεταξύ του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής και της κανονικής προς το πλαίσιο. Εάν το πλαίσιο περιστρέφεται ομοιόμορφα, η γωνία θα είναι ανάλογη του χρόνου.
Κατά συνέπεια, η μαγνητική ροή θα αλλάξει σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο:
Ф = B*S*cos(ω*t)
Ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής, που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο, σύμφωνα με το νόμο EMR, θα είναι ίσος με το επαγόμενο emf.
Ei = -Φ’ = Em*sin(ω*t).
Εάν ένα κύκλωμα ταλάντωσης είναι συνδεδεμένο στο πλαίσιο, η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου θα καθορίσει τη συχνότητα των ταλαντώσεων τάσης σε διαφορετικά τμήματα του κυκλώματος και την ισχύ του ρεύματος. Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε μόνο τις εξαναγκασμένες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις.
Περιγράφονται με τους ακόλουθους τύπους:
u = Um*sin(ω*t),
u = Um*cos(ω*t)
Εδώ το Um είναι το πλάτος των διακυμάνσεων της τάσης. Η τάση και το ρεύμα αλλάζουν με την ίδια συχνότητα ω. Αλλά οι διακυμάνσεις της τάσης δεν θα συμπίπτουν πάντα με τις διακυμάνσεις του ρεύματος, επομένως είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έναν πιο γενικό τύπο:
I = Im*sin(ω*t +φ), όπου Im είναι το πλάτος των διακυμάνσεων του ρεύματος και φ είναι η μετατόπιση φάσης μεταξύ των διακυμάνσεων ρεύματος και τάσης.
Εναλλασσόμενο ρεύμα- αυτό είναι με ευρεία έννοια ηλεκτρική ενέργεια, αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Τις περισσότερες φορές, αυτή η αλλαγή συμβαίνει σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο Εγώ = Εγώ 0αμαρτία( ω t+φ). Αυτό ακριβώς είναι το ρεύμα που παράγουν οι βιομηχανικές πηγές ρεύματος.
Σε διαφορετικά τμήματα ενός γραμμικού αγωγού η ισχύς του ρεύματος είναι η ίδια, αλλά με την πάροδο του χρόνου ποικίλλει ανάλογα περιοδικός νόμος. Κάθε τρέχουσα τιμή επαναλαμβάνεται μετά από ένα χρονικό διάστημα Τ=2π/ ω, η οποία ονομάζεται περίοδος-σπίτι, και το μέγεθος ω — γωνιακή συχνότητα. Η σταθερότητα της συχνότητας είναι μια σημαντική ποιότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος. Το επιχείρημα του ημιτόνου είναι η ποσότητα ω t + φ - που ονομάζεται φάση(είναι χρήσιμο να αφαιρέσουμε από τη γεωμετρική έννοια του ημιτονοειδούς και να μην αντιλαμβανόμαστε το όρισμα του ημιτονοειδούς ως μια ορισμένη γωνία).
Με σταθερό ρεύμα, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε έναν λεπτό αγωγό όπως το νερό σε έναν σωλήνα, αλλά στο εναλλασσόμενο ρεύμακαθένα από αυτά εκτελεί ταλαντωτική κίνηση κατά μήκος του αγωγού όπως αρμονικός ταλαντωτής.Το πλάτος αυτών των ταλαντώσεων είναι πολύ μικρό και μέσα σε έναν μόνο αγωγό όλα τα ηλεκτρόνια ταλαντώνονται σε φάση, δηλαδή συγχρονισμένα. Αν σε πηγή με τάση Uσυνδέεται ένα κύκλωμα που περιλαμβάνει έναν πυκνωτή, τότε (συνέπεια Ο νόμος του Ohm)
U =IR + (q/Γ) —ε.
Εδώ ο πρώτος όρος στη δεξιά πλευρά είναι η πτώση τάσης στην αντίσταση, ο δεύτερος - στον πυκνωτή ( q- φορτίο πυκνωτή), τρίτο - EMF εξωτερικών δυνάμεων που δρουν στην υπό εξέταση περιοχή. Εξουσία,που κατανέμεται σε αυτή την αλυσίδα καθορίζεται από την ισότητα
Ν=UI
Αυτό Δουλειά,που εκτελεί η πηγή ανά μονάδα χρόνου.
Αν U— AC τάση, U =U 0αμαρτία ω t,ΕΝΑ ε — EMF αυτο-επαγωγής, ε = - ΜΕΓΑΛΟ(ΔI/Δt),εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος: Ι =εγω 0-αμαρτία (ω t + φ), και
I 0 = U 0 /√ (R 2 + (Lω — 1 / ω Γ) 2),
tgφ = (1 / ω ΝΤΟ-ω L)/R.
Αν δεν υπάρχει πυκνωτής, θα πρέπει να βάλεις 1 / C=0. Από τον τύπο, λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο, βρίσκουμε:
N = UI = U 0αμαρτία ω t × I 0αμαρτία (ω t+φ ) = U 0 I 0 (αμαρτία 2 ω t× cos φ + αμαρτία ω t cos ω tαμαρτία φ ).
Αυτή είναι η τιμή ισχύος τη στιγμή t.Η μέση τιμή ισχύος κατά τη διάρκεια της περιόδου είναι ίση με:
(Η μέση τιμή του τετραγώνου του ημιτόνου κατά την περίοδο είναι ½ και το γινόμενο του ημιτόνου και του συνημιτόνου είναι μηδέν.) Ποσότητες U εφφ =U 0 /√2, Ι εφφ = I 0 /√2 λέγονται αποτελεσματικές αξίεςΕναλλασσόμενο ρεύμα και τάση. Είναι αυτές οι ποσότητες που εννοούνται όταν μιλάμε για την ισχύ και την τάση του εναλλασσόμενου ρεύματος. Υλικό από τον ιστότοπο
Ας υπάρχει ένα κουτί με άγνωστο γέμισμα. ΑκριβέςΈνας αγωγός με ρεύμα ρεύματος μπαίνει στο κουτί, σε ένα σημείοσιβγαίνει ένας αγωγός με την ίδια ένταση ρεύματος. Το βολτόμετρο δείχνει την τάσηU εφμεταξύ σημείωνΕΝΑΚαιΣΙ.Ο τύπος καθορίζει την ισχύ που απελευθερώνεται στο κουτί. Εάν αυτή η ισχύς είναι θετική (cosφ > 0), τότε είτε απελευθερώνεται θερμότητα στο κουτί, είτε κρύβεται ένας ηλεκτροκινητήρας που κάνει την αντίστοιχη εργασία ή και τα δύο. Ανcosφ < 0, то в ящике скрыт генератор тока. Ес-ли мощность близка к ну-лю, а ток не равен нулю, в ящике находится конден-сатор или катушка с большой индуктивностью. (Выделяемая мощность положительна, если в дан-ный момент ток течет в сторону меньшего потен-циала.)
Όταν δεν υπάρχει φορτίο, το ρεύμα στο πρωτεύον τύλιγμα μετασχηματιστήςκαθορίζεται από τους τύπους, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι 1 /C = 0, και κατανάλωση ενέργειας - από τον τύπο. Διαφορά φάσηςφ κοντά σε -π/2 και η κατανάλωση ρεύματος είναι χαμηλή. Όταν συνδέεται ένα φορτίο, εμφανίζεται ένα ρεύμα στο δευτερεύον τύλιγμα, το οποίο προκαλεί ένα πρόσθετο ρεύμα στο πρωτεύον. Η διαφορά φάσης αλλάζει και η κατανάλωση ρεύματος αυξάνεται.
Σε αυτή τη σελίδα υπάρχει υλικό για τα ακόλουθα θέματα:
Το παρακάτω αριστερό διάγραμμα δείχνει τη σύνδεση δύο διόδων σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Σε αυτήν την περίπτωση, τα ανώτερα μέρη του ημιτονοειδούς κύματος διέρχονται από την άνω δίοδο (προς την κατεύθυνση του "βέλους" του) και τα κάτω μέρη του ημιτονοειδούς κύματος δεν περνούν από την κάτω δίοδο (έναντι του "βέλους" του). Έτσι αποδεικνύεται παλλόμενο μονοκατευθυντικό ρεύμα, και ακριβώς το ήμισυ της αρχικής ισχύος δεν φτάνει στον καταναλωτή, αφού σχηματίζονται «πεδινές» με μηδενικό ρεύμα. Για όσους ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τη φυσική, σημειώνουμε ότι ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα θα είναι αν αφήσετε μόνο μία δίοδο, οποιαδήποτε.
Το δεξιό διάγραμμα δείχνει τη συμπερίληψη τεσσάρων διόδων σύμφωνα με το λεγόμενο κύκλωμα γέφυρας. Είναι πιο πλεονεκτικό σε σύγκριση με το προηγούμενο: οι δίοδοι περνούν σε ζεύγη τόσο το άνω όσο και το κάτω μέρος του ημιτονοειδούς κύματος, αντίστοιχα, στους ακροδέκτες "+" και "-". Ως αποτέλεσμα, από το αρχικό εναλλασσόμενο ρεύμα, στο γράφημα του οποίου μπορεί κανείς να διακρίνει υπό όρους "λόφους και χαράδρες", στο γράφημα του προκύπτοντος μονοκατευθυντικού ρεύματος, σχηματίζονται "όχι λόφοι και πεδιάδες", αλλά "διπλοί λόφοι". Αυτό σημαίνει ότι τώρα όλη η ισχύς του αρχικού ρεύματος φτάνει στον καταναλωτή.
Και εν κατακλείδι, ας δούμε πώς μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος Joule-Lenz σε μη σταθερό ρεύμα Q=I²Rt, περιγράφοντας τη θερμική επίδραση του ρεύματος. Τι γίνεται αν η τρέχουσα δύναμη αλλάζει συνεχώς; Είναι απαραίτητο να το αντικαταστήσετε με ένα υπό όρους σταθερό ρεύμα, το οποίο παράγει το ίδιο θερμικό αποτέλεσμα. Στη φυσική, μια τέτοια υπό όρους σταθερή τιμή ρεύματος ονομάζεται ισοδύναμος(αποτελεσματική, λειτουργική) η τιμή της δύναμης δεν είναι συνεχές ρεύμα.
Ορισμός: ισοδύναμη τιμή διακοπτόμενου ρεύματοςείναι ίση με την τιμή ενός τέτοιου συνεχούς ρεύματος, το οποίο, περνώντας από την ίδια αντίσταση, απελευθερώνει την ίδια ποσότητα θερμότητας σε αυτό ταυτόχρονα.Είναι η ισοδύναμη τιμή ρεύματος που μας δείχνουν όλα τα αμπερόμετρα. Το ίδιο ισχύει για την τάση και τα βολτόμετρα. Έτσι, είναι δυνατό να προσδιοριστούν οι ισοδύναμες τιμές των μη σταθερών ρευμάτων θερμιδομετρικές μετρήσεις(βλ. § 06-γ).
- Δίοδος ημιαγωγών – ηλεκτρική συσκευή, ...
- Στα αριστερά μισά και των δύο διαγραμμάτων υπάρχει...
- Όταν εφαρμόζεται ημιτονοειδές ρεύμα στην «είσοδο» του κυκλώματος με δύο διόδους στο αριστερό διάγραμμα, συμβαίνει το εξής: ...
- Δίοδοι που διαχωρίζουν το κύκλωμα από ημιτονοειδές ρεύμααπό τη δεξιά πλευρά της αλυσίδας, οδηγούν τελικά στο γεγονός ότι...
- Η κατά ζεύγη μετάδοση και των δύο τμημάτων του ημιτονοειδούς πραγματοποιείται σε...
- Η χρήση ακριβώς τεσσάρων διόδων οδηγεί τελικά στο γεγονός ότι...
- ΠΡΟΣ ΤΗΝ εναλλασσόμενα ρεύματαμπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί...
- Για να εφαρμοστεί ο νόμος Joule-Lenz στην περίπτωση μεταβλητής ισχύος ρεύματος, είναι απαραίτητο...
- Μια υπό όρους σταθερή τιμή ρεύματος που οδηγεί στο ίδιο θερμικό αποτέλεσμα ονομάζεται...
- Ας θυμηθούμε: η ισοδύναμη τιμή ενός μη συνεχούς ρεύματος είναι μια τέτοια τιμή...
- Συγκρίνετε πειραματικά τις ισοδύναμες τιμές οποιωνδήποτε δύο ρευμάτων...