Corrente alternada. Corrente elétrica alternada
As vibrações eletromagnéticas, assim como as mecânicas, são de dois tipos: livres e forçadas.
Oscilações eletromagnéticas livres, oscilações sempre amortecidas. Portanto, na prática quase nunca são utilizados. Enquanto as vibrações forçadas são usadas em todos os lugares e em todos os lugares. Todos os dias você e eu podemos observar essas flutuações.
Corrente elétrica alternada
Todos os nossos apartamentos são iluminados por corrente alternada. A corrente alternada nada mais é do que oscilações eletromagnéticas forçadas. A corrente e a tensão mudarão com o tempo de acordo com a lei harmônica. Flutuações, por exemplo, na tensão podem ser detectadas aplicando-se tensão de uma tomada a um osciloscópio.
Uma onda senoidal aparecerá na tela do osciloscópio. A frequência da corrente alternada pode ser calculada. Será igual à frequência das oscilações eletromagnéticas. A frequência padrão para corrente alternada industrial é considerada 50 Hz. Ou seja, em 1 segundo a direção da corrente na tomada muda 50 vezes. As redes industriais dos EUA usam uma frequência de 60 Hz.
Uma mudança na tensão nas extremidades do circuito causará uma mudança na intensidade da corrente no circuito oscilatório. Ainda deve ser entendido que a mudança campo elétrico não acontece instantaneamente ao longo de toda a cadeia.
Mas como este tempo é significativamente menor que o período de flutuação de tensão nas extremidades do circuito, geralmente acredita-se que campo elétrico no circuito muda imediatamente à medida que a tensão nas extremidades do circuito muda.
A tensão alternada na tomada é criada por geradores em usinas de energia. O gerador mais simples pode ser considerado uma estrutura de arame que gira em um campo magnético uniforme.
O fluxo magnético que penetra no circuito mudará constantemente e será proporcional ao cosseno do ângulo entre o vetor de indução magnética e a normal ao quadro. Se o quadro girar uniformemente, o ângulo será proporcional ao tempo.
Consequentemente, o fluxo magnético mudará de acordo com a lei harmônica:
Ф = B*S*cos(ω*t)
A taxa de variação do fluxo magnético, tomada com sinal oposto, de acordo com a lei EMR, será igual à fem induzida.
Ei = -Ф’ = Em*sin(ω*t).
Se um circuito oscilatório estiver conectado à estrutura, a velocidade angular de rotação da estrutura determinará a frequência das oscilações de tensão em diferentes seções do circuito e a intensidade da corrente. A seguir, consideraremos apenas oscilações eletromagnéticas forçadas.
Eles são descritos pelas seguintes fórmulas:
você = Um*sin(ω*t),
você = Um*cos(ω*t)
Aqui Um é a amplitude das flutuações de tensão. A tensão e a corrente mudam com a mesma frequência ω. Mas as flutuações de tensão nem sempre coincidem com as flutuações de corrente, por isso é melhor usar uma fórmula mais geral:
I = Im*sin(ω*t +φ), onde Im é a amplitude das flutuações de corrente e φ é a mudança de fase entre as flutuações de corrente e tensão.
Corrente alternada- isso é em um sentido amplo eletricidade, mudando ao longo do tempo. Na maioria das vezes, essa mudança ocorre de acordo com uma lei sinusoidal EU = eu 0 pecado( ω +φ). Esta é exatamente a corrente gerada pelas fontes industriais.
Em diferentes seções de um condutor linear a intensidade da corrente é a mesma, mas ao longo do tempo varia de acordo com lei periódica. Cada valor atual é repetido após um período de tempo T=2π/ ω, que é chamado casa de época, e a magnitude ω — frequência angular. A estabilidade de frequência é uma qualidade importante da corrente alternada. O argumento do seno é a quantidade ω t + φ - chamado Estágio(é útil abstrair do significado geométrico do seno e não perceber o argumento do seno como um certo ângulo).
Com corrente constante, os elétrons se movem em um condutor fino como a água em um cano, mas em corrente alternada cada um deles executa movimento oscilatório ao longo do condutor como oscilador harmônico. A amplitude dessas oscilações é muito pequena e dentro de um único condutor todos os elétrons oscilam em fase, ou seja, de forma síncrona. Se para uma fonte com tensão você um circuito incluindo um capacitor é conectado, então (consequência Lei de Ohm)
você =RI + (q/C) -ε.
Aqui, o primeiro termo do lado direito é a queda de tensão na resistência, o segundo - no capacitor ( q- carga do capacitor), terceiro - EMF de forças externas atuando na área em consideração. Poder, alocado nesta cadeia é determinado pela igualdade
N =IU
Esse Trabalho, que a fonte executa por unidade de tempo.
Se você— Tensão CA, você =Você 0 pecado ω t, A ε — CEM de auto-indução, ε = - EU(ΔI/Δt), corrente alternada flui através do circuito: eu =eu 0- pecado (ω t + φ), e
eu 0 = você 0 /√ (R 2 + (Lω — 1 / ω B) 2),
tgφ = (1 / ω C—ω L)/R.
Se não houver capacitor, você deve colocar 1 / C=0. Da fórmula, levando em consideração a fórmula, encontramos:
N = UI = U 0 pecado ω t × eu 0 pecado (ω +φ ) = você 0 eu 0 ( pecado 2 ω t× porque φ + pecado ω t porque ω t pecado φ ).
Este é o valor da potência no momento t. O valor médio da potência no período é igual a:
(O valor médio do quadrado do seno durante o período é ½, e o produto do seno e do cosseno é zero.) Quantidades U efe =você 0 /√2, eu efe = Eu 0/√2 são chamados valores efetivos Tensão e corrente CA. São essas quantidades que se referem quando se fala sobre a intensidade e a tensão da corrente alternada. Matéria do site
Que haja uma caixa com recheio desconhecido. PerfeitoUm condutor com intensidade de corrente I entra na caixa, em um pontoBum condutor sai com a mesma intensidade de corrente. Voltímetro mostra tensãoUfaentre pontosAEB.A fórmula determina a potência liberada na caixa. Se esta potência for positiva (porqueφ > 0), então ou o calor é liberado na caixa, ou um motor elétrico fica oculto, realizando o trabalho correspondente, ou ambos. Seporqueφ < 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.)
Quando não há carga, a corrente no enrolamento primário transformadoré determinado pelas fórmulas, levando em consideração o fato de que 1/C = 0 e consumo de energia - pela fórmula. Diferença de faseφ perto de -π/2 e o consumo de energia é baixo. Quando uma carga é conectada, surge uma corrente no enrolamento secundário, que induz uma corrente adicional no primário. A diferença de fase muda e o consumo de energia aumenta.
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O diagrama à esquerda abaixo mostra a conexão de dois diodos em um circuito de corrente alternada. Neste caso, as partes superiores da onda senoidal passam pelo diodo superior (na direção de sua “seta”), e as partes inferiores da onda senoidal não passam pelo diodo inferior (contra sua “seta”). Assim acontece corrente unidirecional pulsante, e exatamente metade da potência original não chega ao consumidor, pois se formam “planícies” com corrente zero. Para aqueles especialmente interessados em física, notamos que exatamente o mesmo resultado será obtido se você deixar apenas um diodo, qualquer um.
O diagrama da direita mostra a inclusão de quatro diodos de acordo com o chamado circuito de ponte. É mais vantajoso em relação ao anterior: os diodos passam aos pares as partes superior e inferior da onda senoidal, respectivamente, para os terminais “+” e “–”. Como resultado, a partir da corrente alternada inicial, em cujo gráfico se pode distinguir condicionalmente “colinas e ravinas”, no gráfico da corrente unidirecional resultante, formam-se “não colinas e planícies”, mas “colinas duplas”. Isso significa que agora toda a potência da corrente original chega ao consumidor.
E para concluir, vejamos como a lei de Joule-Lenz pode ser aplicada a correntes não constantes Q=I²Rt, descrevendo o efeito térmico da corrente. E se a força atual estiver mudando constantemente? É necessário substituí-lo por uma corrente condicionalmente constante, que produza o mesmo efeito térmico. Na física, esse valor de corrente condicionalmente constante é chamado equivalente O valor (efetivo, operacional) da força não é corrente direta.
Definição: valor equivalente de corrente intermitenteé igual ao valor dessa corrente contínua que, passando pela mesma resistência, libera nela a mesma quantidade de calor ao mesmo tempo.É o valor da corrente equivalente que todos os amperímetros nos mostram. O mesmo se aplica a tensão e voltímetros. Assim, é possível determinar os valores equivalentes de correntes não constantes medições calorimétricas(ver § 06-c).
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