O prądzie przemiennym i napięciu. Wyjaśnienie, czym różni się prąd stały od prądu przemiennego

Osoby mniej lub bardziej obeznane z elektrotechniką z łatwością odpowiedzą na pytanie, jaki prąd płynie w gniazdku. Oczywiście, że jest to zmienne. Ten rodzaj prądu znacznie łatwiej jest wyprodukować i przesłać na duże odległości, dlatego wybór na korzyść prądu przemiennego jest oczywisty.

Rodzaje prądu

Istnieją dwa rodzaje prądu - stały i przemienny. Aby zrozumieć różnicę i określić, czy w gniazdku jest prąd stały czy przemienny, należy zagłębić się w niektóre cechy techniczne. Prąd przemienny ma właściwość zmiany kierunku i wielkości. Prąd stały ma stabilne właściwości i kierunek ruchu naładowanych cząstek.

Prąd przemienny pochodzi z generatorów elektrowni o napięciu 220–440 tysięcy woltów. Zbliżając się do budynku mieszkalnego, prąd zmniejsza się do 12 tysięcy woltów, a na stacji transformatorowej przekształca się go na 380 woltów. Napięcie między fazami nazywa się liniowym. Sekcja niskiego napięcia podstacji obniżającej wytwarza trzy fazy i przewód zerowy (neutralny). Odbiorcy energii są podłączani z jednej z faz i przewodu neutralnego. W ten sposób do budynku dostaje się jednofazowy prąd przemienny o napięciu 220 woltów.

Schemat rozdziału energii elektrycznej pomiędzy domami przedstawiono poniżej:

W domu prąd doprowadzany jest do licznika, a następnie poprzez automaty do skrzynek w każdym pokoju. Skrzynki zawierają okablowanie w całym pomieszczeniu dla kilku obwodów - gniazdek elektrycznych i sprzętu oświetleniowego. Maszyny mogą być dostarczone po jednej na każde pomieszczenie lub po jednej na każdy obwód. Biorąc pod uwagę, na ile amperów przeznaczone jest gniazdko, można je połączyć w grupę lub podłączyć do dedykowanego wyłącznika.

Prąd przemienny stanowi około 90% całej zużywanej energii elektrycznej. Tak wysoki ciężar właściwy wynika ze specyfiki tego rodzaju prądu - można go transportować na znaczne odległości, zmieniając napięcie w podstacjach do wymaganych parametrów.

Źródłami prądu stałego są najczęściej baterie, ogniwa galwaniczne, panele słoneczne, termopary. Prąd stały jest szeroko stosowany w lokalnych sieciach transportu samochodowego i lotniczego, w komputerowych obwodach elektrycznych, systemach automatyki, sprzęcie radiowym i telewizyjnym. Prąd stały stosowany jest w sieciach stykowych transportu kolejowego, a także w instalacjach okrętowych.

Notatka! We wszystkich urządzeniach elektronicznych stosowany jest prąd stały.

Poniższy schemat pokazuje podstawowe różnice między prądem stałym i przemiennym.

Parametry domowej sieci elektrycznej

Głównymi parametrami energii elektrycznej są jej napięcie i częstotliwość. Standardowe napięcie w domowych sieciach elektrycznych wynosi 220 woltów. Ogólnie przyjęta częstotliwość wynosi 50 herców. Jednak w USA stosowana jest inna wartość częstotliwości - 60 herców. Parametr częstotliwości jest ustawiany przez urządzenie wytwarzające i pozostaje niezmieniony.

Napięcie w sieci konkretnego domu lub mieszkania może różnić się od wartości nominalnej (220 woltów). Na wskaźnik ten wpływa stan techniczny sprzętu, obciążenie sieci i obciążenie podstacji. W rezultacie napięcie może odbiegać od określonego parametru w tym czy innym kierunku o 20–25 woltów.

Skoki napięcia negatywnie wpływają na działanie elektrycznych urządzeń gospodarstwa domowego, dlatego zaleca się, aby połączenia z siecią domową odbywały się za pomocą stabilizatorów napięcia.

Aktualne obciążenie

Wszystkie gniazda mają określone oznaczenie, dzięki któremu można ocenić dopuszczalne obciążenie prądowe. Na przykład oznaczenie „5A” wskazuje maksymalny prąd 5 amperów. Należy przestrzegać dopuszczalnych wskaźników, ponieważ w przeciwnym razie sprzęt może ulec awarii, w tym pożarowi.

Oznaczenia na gniazdach pokazano na poniższym rysunku:

Do wszystkich legalnie sprzedanych urządzeń elektrycznych dołączony jest paszport wskazujący pobór mocy lub obciążenie prądowe. Największymi odbiorcami energii elektrycznej są urządzenia gospodarstwa domowego, takie jak klimatyzatory, kuchenki mikrofalowe, pralki, kuchenki i piekarniki elektryczne. Do normalnej pracy takie urządzenia będą potrzebowały gniazdka o obciążeniu co najmniej 16 amperów.

Jeżeli dokumentacja elektrycznych urządzeń gospodarstwa domowego nie zawiera informacji o zużytych amperach (natężeniu prądu w gniazdku), wymagane wartości określa się za pomocą wzoru na moc elektryczną:

Wskaźnik zasilania znajduje się w paszporcie, napięcie sieciowe jest znane. Aby określić zużycie energii elektrycznej, należy podzielić wskaźnik mocy (podawany tylko w watach) przez wartość napięcia.

Rodzaje gniazd

Gniazda przeznaczone są do tworzenia styku sieci elektrycznej z urządzeniami gospodarstwa domowego. Produkowane są tak, aby zapewnić niezawodną ochronę przed przypadkowym kontaktem z elementami pod napięciem. Nowoczesne modele są najczęściej wyposażone w uziemienie ochronne, prezentowane w postaci osobnego styku.

Zgodnie z metodą instalacji istnieją dwa rodzaje gniazd - otwarte i ukryte. Wybór typu gniazda w dużej mierze zależy od rodzaju instalacji. Na przykład przy organizowaniu okablowania zewnętrznego stosuje się otwarte gniazda napowietrzne. Okucia takie są łatwe w montażu i nie wymagają nisz pod puszki gniazdowe. Modele do zabudowy są atrakcyjniejsze z estetycznego punktu widzenia i bezpieczniejsze, ponieważ elementy przewodzące prąd znajdują się wewnątrz ściany.

Gniazda różnią się wartością prądu. Większość jednostek jest zaprojektowana do pracy przy 6, 10 lub 16 amperach. Stare modele radzieckie są zaprojektowane tylko na 6,3 ampera.

Notatka! Maksymalny możliwy prąd w gniazdku musi być zgodny z mocą odbiornika podłączonego do sieci elektrycznej.

Metody pomiaru napięcia i prądu

Do pomiaru napięcia i prądu stosuje się następujące metody:

Najprostszą metodą jest podłączenie do gniazdka urządzenia elektrycznego o odpowiednim napięciu. Jeśli w gniazdku będzie prąd, urządzenie będzie działać.
Wskaźnik napięcia. Urządzenie to może być jednobiegunowe i mieć postać specjalnego śrubokręta. Dostępne są także wskaźniki dwubiegunowe z parą styczników. Urządzenie jednobiegunowe wykrywa fazę w styku gniazda, ale nie wykrywa obecności lub braku zera. Wskaźnik bipolarny pokazuje prąd między fazami, a także między zerem a fazą.
Multimetr (multister). Za pomocą specjalnego testera dokonuje się pomiarów dowolnego rodzaju prądu występującego w gniazdku - zarówno przemiennego, jak i stałego. Sprawdź także poziom napięcia za pomocą multimetru.
Lampka kontrolna. Za pomocą lampy określa się obecność prądu w gniazdku pod warunkiem, że żarówka w urządzeniu kontrolnym odpowiada napięciu w badanym gniazdku.

Informacje wymienione powyżej są wystarczające do ogólnego zrozumienia zasad organizacji sieci elektrycznej w domu. Wszelkie prace elektryczne należy rozpoczynać wyłącznie przy zachowaniu wszelkich środków bezpieczeństwa i posiadaniu odpowiednich kwalifikacji.

Prąd przemienny , w przeciwieństwie do , stale zmienia się zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku, a zmiany te zachodzą okresowo, to znaczy są dokładnie powtarzane w równych odstępach czasu.

Aby indukować taki prąd w obwodzie, używają źródła prądu przemiennego, które wytwarzają przemienny emf, który okresowo zmienia się pod względem wielkości i kierunku. Takie źródła nazywane są generatory prądu przemiennego.

Na ryc. Rysunek 1 pokazuje schemat urządzenia (modelu) najprostszego.

Prostokątna rama wykonana z drutu miedzianego jest zamontowana na osi i obraca się w terenie za pomocą napędu pasowego. Końce ramy są przylutowane do miedzianych pierścieni stykowych, które obracając się wraz z ramą, przesuwają się po płytkach stykowych (szczotkach).

Rysunek 1. Schemat prostego alternatora

Upewnijmy się, że takie urządzenie naprawdę takie jest źródło zmiennego pola elektromagnetycznego.

Załóżmy, że magnes tworzy między swoimi biegunami taki, w którym gęstość linii magnetycznych siły w dowolnej części pola jest taka sama. obracając się, rama przecina linie pola magnetycznego oraz po obu stronach a i b.

Boki c i d ramy nie działają, ponieważ gdy rama się obraca, nie przecinają linii pola magnetycznego i dlatego nie biorą udziału w tworzeniu pola elektromagnetycznego.

W dowolnym momencie pole elektromagnetyczne powstające na stronie a jest przeciwne do kierunku pola elektromagnetycznego powstającego na stronie b, ale w układzie oba pola elektromagnetyczne działają zgodnie i w sumie stanowią całkowite pole elektromagnetyczne, tj. indukowane przez całą ramkę.

Łatwo to sprawdzić, jeśli użyjemy naszej wiedzy do określenia kierunku pola elektromagnetycznego reguła prawej ręki.

W tym celu należy ustawić dłoń prawej ręki tak, aby była zwrócona w stronę północnego bieguna magnesu, a zgięty kciuk pokrywał się z kierunkiem ruchu tej strony ramki, w której chcemy wyznaczyć kierunek pole elektromagnetyczne. Następnie kierunek pola elektromagnetycznego w nim zostanie wskazany przez wyciągnięte palce dłoni.

Dla dowolnego położenia ramy, w którym określimy kierunek pola elektromagnetycznego po bokach a i b, zawsze sumują się one i tworzą całkowite pole elektromagnetyczne w ramce. W tym przypadku przy każdym obrocie ramy kierunek całkowitego pola elektromagnetycznego w nim zmienia się na przeciwny, ponieważ każda ze stron roboczych ramy przechodzi pod różnymi biegunami magnesu w jednym obrocie.

Zmienia się również wielkość pola elektromagnetycznego indukowanego w ramie, ponieważ zmienia się prędkość, z jaką boki ramy przecinają się z liniami pola magnetycznego. Rzeczywiście, w momencie zbliżania się ramy do położenia pionowego i mijania go, prędkość przecięcia linii sił przez boki ramy jest największa, a w ramie indukuje się największe pole elektromagnetyczne. W tych momentach, gdy rama przechodzi przez położenie poziome, jej boki wydają się ślizgać wzdłuż magnetycznych linii siły, nie przecinając ich, i nie jest indukowany żaden SEM.

Zatem, przy równomiernym obrocie ramy indukowane będzie w niej pole elektromagnetyczne, okresowo zmieniające się zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku.

Pole elektromagnetyczne powstające w ramie można zmierzyć za pomocą urządzenia i wykorzystać do wytworzenia prądu w obwodzie zewnętrznym.

Używając , możesz uzyskać przemienny emf, a tym samym prąd przemienny.

Prąd przemienny przeznaczony jest do celów przemysłowych i wytwarzany jest przez potężne generatory napędzane turbinami parowymi lub wodnymi oraz silnikami spalinowymi.

Graficzne przedstawienie prądów stałych i przemiennych

Metoda graficzna pozwala wizualnie przedstawić proces zmiany danej zmiennej w zależności od czasu.

Konstruowanie wykresów zmiennych zmieniających się w czasie rozpoczyna się od zbudowania dwóch wzajemnie prostopadłych linii, zwanych osiami wykresu. Następnie na osi poziomej w określonej skali nanoszone są odcinki czasu, a na osi pionowej również w określonej skali wartości wielkości, której wykres będzie wykreślany (spole elektromagnetyczne, napięcie lub prąd).

Na ryc. 2 są przedstawione graficznie prąd stały i przemienny. W tym przypadku wykreślamy wartości bieżące, a pionowo w górę od punktu przecięcia osi O wykreślamy wartości bieżące w jednym kierunku, który zwykle nazywa się dodatnim, i od tego punktu w dół - w kierunku przeciwnym, co zwykle nazywa się negatywem.

Rysunek 2. Graficzne przedstawienie prądu stałego i przemiennego

Sam punkt O służy jednocześnie jako początek odliczania wartości bieżących (pionowo w dół i w górę) oraz czasu (poziomo w prawo). Inaczej mówiąc, punkt ten odpowiada zerowej wartości prądu i początkowemu momentowi w czasie, od którego zamierzamy prześledzić, jak będzie się zmieniał prąd w przyszłości.

Zweryfikujmy poprawność konstrukcji przedstawionej na ryc. 2 i wykres prądu stałego 50 mA.

Ponieważ prąd ten jest stały, tj. nie zmienia swojej wielkości i kierunku w czasie, te same wartości prądu, tj. 50 mA, będą odpowiadać różnym momentom w czasie. Zatem w chwili równej zeru, czyli w początkowym momencie naszej obserwacji prąd będzie wynosił 50 mA. Wykreślając w górę na osi pionowej odcinek równy bieżącej wartości 50 mA, otrzymujemy pierwszy punkt naszego wykresu.

To samo musimy zrobić dla kolejnego momentu w czasie, odpowiadającego punktowi 1 na osi czasu, czyli odsunąć od tego punktu odcinek pionowo w górę, również równy 50 mA. Koniec segmentu wyznaczy drugi punkt wykresu.

Wykonując podobną konstrukcję przez kilka kolejnych momentów w czasie otrzymamy szereg punktów, których połączenie da linię prostą, czyli graficzne przedstawienie prądu stałego wartość 50 mA.

Przejdźmy teraz do nauki wykres zmiennego emf. Na ryc. 3 u góry przedstawia ramkę obracającą się w polu magnetycznym, a u dołu graficzną reprezentację pojawiającej się zmiennej EMF.

Rysunek 3. Wykreślanie wykresu zmiennej EMF

Zacznijmy równomiernie obracać ramę zgodnie z ruchem wskazówek zegara i śledzić postęp zmiany pola elektromagnetycznego w niej, przyjmując za moment początkowy poziome położenie ramy.

W tym początkowym momencie pole elektromagnetyczne będzie wynosić zero, ponieważ boki ramy nie przecinają linii sił magnetycznych. Na wykresie ta zerowa wartość pola elektromagnetycznego odpowiadająca momentowi t = 0 będzie reprezentowana przez punkt 1.

Wraz z dalszym obrotem ramki zacznie się w niej pojawiać emf, który będzie zwiększał swoją wartość, aż ramka osiągnie pozycję pionową. Na wykresie wzrost pola elektromagnetycznego zostanie przedstawiony jako gładka krzywa w górę, która osiąga swój szczyt (punkt 2).

Gdy ramka zbliża się do pozycji poziomej, emf w niej zmniejszy się i spadnie do zera. Na wykresie będzie to przedstawione jako opadająca gładka krzywa.

W rezultacie w czasie odpowiadającym połowie obrotu ramy zawarte w niej pole elektromagnetyczne zdołało wzrosnąć od zera do wartości maksymalnej i ponownie spaść do zera (punkt 3).

Wraz z dalszym obrotem ramy ponownie pojawi się w niej emf, który będzie stopniowo zwiększał swoją wielkość, ale jego kierunek już zmieni się na przeciwny, co można zweryfikować, stosując regułę prawej ręki.

Następnie pole elektromagnetyczne zacznie się zmniejszać, a jego wartość stanie się równa zero, gdy rama powróci do pierwotnej pozycji po wykonaniu jednego pełnego obrotu. Na wykresie będzie to wyrażone przez fakt, że krzywa SEM, osiągając swój szczyt w przeciwnym kierunku (punkt 4), następnie spotyka się z osią czasu (punkt 5)

To kończy jeden cykl zmiany pola elektromagnetycznego, ale jeśli będziemy nadal obracać ramkę, natychmiast rozpoczyna się drugi cykl, dokładnie powtarzając pierwszy, po którym z kolei nastąpi trzeci, potem czwarty i tak dalej, aż zatrzymujemy strukturę rotacji.

Zatem dla każdego obrotu ramy powstający w niej EMF kończy pełny cykl swojej zmiany.

Jeśli rama jest zamknięta w jakimkolwiek obwodzie zewnętrznym, wówczas przez obwód będzie przepływał prąd przemienny, którego wykres będzie miał taki sam wygląd jak wykres pola elektromagnetycznego.

Otrzymaną przez nas krzywą falową nazywa się falą sinusoidalną, a prąd, emf lub napięcie zmieniające się zgodnie z tym prawem nazywa się sinusoidalny.

Sama krzywa nazywana jest sinusoidą, ponieważ jest graficzną reprezentacją zmiennej wielkości trygonometrycznej zwanej sinusem.

Sinusoidalny charakter zmiany prądu jest najczęściej spotykany w elektrotechnice, dlatego mówiąc o prądzie przemiennym, w większości przypadków mamy na myśli prąd sinusoidalny.

Aby porównać różne prądy przemienne (EMF i napięcia), istnieją wielkości charakteryzujące konkretny prąd. Nazywają się Parametry prądu przemiennego.

Okres, amplituda i częstotliwość - parametry prądu przemiennego

Prąd przemienny charakteryzuje się dwoma parametrami – okresem i amplitudą, znając je, możemy ocenić, jaki to jest prąd przemienny i zbudować wykres prądu.

Rysunek 4. Sinusoidalna krzywa prądu

Okres, w którym następuje pełny cykl zmian prądu, nazywa się okresem. Okres jest oznaczony literą T i mierzony w sekundach.

Okres czasu, w którym następuje połowa pełnego cyklu zmian prądu, nazywa się półcyklem. W konsekwencji okres zmiany prądu (EMF lub napięcia) składa się z dwóch półcykli. Jest całkiem oczywiste, że wszystkie okresy tego samego prądu przemiennego są sobie równe.

Jak widać z wykresu, w jednym okresie swojej zmiany prąd osiąga dwukrotność wartości maksymalnej.

Maksymalna wartość prądu przemiennego (emf lub napięcia) nazywana jest jego wartością amplitudy lub prądu amplitudy.

Im, Em i Um są ogólnie przyjętymi oznaczeniami amplitud prądu, pola elektromagnetycznego i napięcia.

Przede wszystkim zwróciliśmy uwagę na , jednak jak widać z wykresu istnieje niezliczona ilość wartości pośrednich, które są mniejsze od amplitudy.

Wartość prądu przemiennego (EMF, napięcie) odpowiadająca dowolnemu wybranemu momentowi nazywa się jego wartością chwilową.

i, e i u są ogólnie przyjętymi oznaczeniami chwilowych wartości prądu, emf i napięcia.

Wartość chwilową prądu, a także jego wartość amplitudy można łatwo wyznaczyć za pomocą wykresu. W tym celu z dowolnego punktu na osi poziomej odpowiadającego interesującemu nas momentowi czasu rysujemy pionową linię do punktu przecięcia z krzywą prądu; powstały odcinek prostej pionowej wyznaczy wartość prądu w danym momencie, czyli jego wartość chwilową.

Jest oczywiste, że chwilowa wartość prądu po czasie T/2 od punktu początkowego wykresu będzie równa zeru, a po czasie T/4 jego wartość amplitudy. Prąd również osiąga swoją wartość amplitudy; ale w przeciwnym kierunku, po czasie równym 3/4 T.

Zatem wykres pokazuje, jak prąd w obwodzie zmienia się w czasie i że każdy moment w czasie odpowiada tylko jednej określonej wartości zarówno wielkości, jak i kierunku prądu. W takim przypadku wartość prądu w danym momencie w jednym punkcie obwodu będzie dokładnie taka sama w każdym innym punkcie tego obwodu.

Nazywa się liczbą pełnych okresów wypełnionych przez prąd w ciągu 1 sekundy Częstotliwość prądu przemiennego i jest oznaczony łacińską literą f.

Aby określić częstotliwość prądu przemiennego, tj. dowiedz się ile okresów zmian kończy się prąd w ciągu 1 sekundy?, należy podzielić 1 sekundę przez czas jednego okresu f = 1/T. Znając częstotliwość prądu przemiennego, można wyznaczyć okres: T = 1/f

Mierzy się go w jednostce zwanej hercem.

Jeśli mamy prąd przemienny, którego częstotliwość jest równa 1 hercowi, wówczas okres takiego prądu będzie równy 1 sekundzie. I odwrotnie, jeśli okres zmiany prądu wynosi 1 sekundę, wówczas częstotliwość takiego prądu wynosi 1 herc.

Tak zdefiniowaliśmy Parametry prądu przemiennego - okres, amplituda i częstotliwość, - które umożliwiają rozróżnienie różnych prądów przemiennych, sił elektromotorycznych i napięć oraz, w razie potrzeby, skonstruowanie ich wykresów.

Przy określaniu rezystancji różnych obwodów na prąd przemienny należy zastosować inną wielkość pomocniczą charakteryzującą prąd przemienny, tzw. częstotliwość kątowa lub kołowa.

Częstotliwość kołowa oznaczone w odniesieniu do częstotliwości f zależnością 2пif

Wyjaśnijmy tę zależność. Konstruując wykres zmiennej SEM, widzieliśmy, że podczas jednego pełnego obrotu ramy następuje pełny cykl zmian EMF. Innymi słowy, aby rama wykonała jeden obrót, czyli obrót o 360°, potrzebny jest czas równy jednemu okresowi, czyli T sekundom. Następnie w ciągu 1 sekundy rama wykonuje obrót o 360°/T. Zatem 360°/T jest kątem, o który obraca się rama w ciągu 1 sekundy i wyraża prędkość obrotu ramy, która jest powszechnie nazywana prędkość kątowa lub kołowa.

Ponieważ jednak okres T jest powiązany z częstotliwością f poprzez stosunek f = 1/T, prędkość po okręgu można wyrazić częstotliwością i będzie ona równa 360°f.

Doszliśmy więc do wniosku, że 360°f. Jednakże dla wygody stosowania częstotliwości kołowej we wszelkiego rodzaju obliczeniach kąt 360° odpowiadający jednemu obrotowi zastępuje się wyrażeniem radialnym równym 2pi radianów, gdzie pi = 3,14. W ten sposób w końcu otrzymujemy 2pif. Dlatego, aby określić częstotliwość kołową prądu przemiennego (), konieczne jest pomnożenie częstotliwości w hercach przez stałą Liczba to 6,28.

Choć na co dzień korzystamy z urządzeń elektrycznych, nie każdy potrafi odpowiedzieć na pytanie, czym różni się prąd przemienny od prądu stałego, mimo że tego uczy szkolny program nauczania. Dlatego warto przypomnieć podstawowe założenia.

Ogólne definicje

Proces fizyczny, podczas którego naładowane cząstki poruszają się w sposób uporządkowany (kierunkowy), nazywany jest prądem elektrycznym. Zwykle dzieli się go na zmienny i stały. W przypadku pierwszego kierunek i wielkość pozostają niezmienione, ale w przypadku drugiego te cechy zmieniają się według określonego wzorca.

Powyższe definicje są znacznie uproszczone, chociaż wyjaśniają różnicę między prądem stałym a przemiennym. Aby lepiej zrozumieć, na czym polega ta różnica, konieczne jest graficzne przedstawienie każdego z nich, a także wyjaśnienie, w jaki sposób w źródle powstaje zmienna siła elektromotoryczna. Aby to zrobić, przejdźmy do elektrotechniki, a raczej jej podstaw teoretycznych.

Źródła pola elektromagnetycznego

Źródła prądu elektrycznego dowolnego rodzaju są dwojakiego rodzaju:

pierwotne, za ich pomocą, energia elektryczna jest wytwarzana poprzez konwersję energii mechanicznej, słonecznej, termicznej, chemicznej lub innej na energię elektryczną;
wtórne, nie wytwarzają energii elektrycznej, ale przekształcają ją np. ze zmiennej na stałą i odwrotnie.

Jedynym pierwotnym źródłem prądu przemiennego jest generator, uproszczony schemat takiego urządzenia pokazano na rysunku.

Oznaczenia:

1 – kierunek obrotu;
2 – magnes z biegunami S i N;
3 – pole magnetyczne;
4 – rama druciana;
5 – pole elektromagnetyczne;
6 – styki pierścieniowe;
7 – odbieraki prądu.

Zasada działania

Energia mechaniczna jest przekształcana przez generator pokazany na rysunku na energię elektryczną w następujący sposób:

Z powodu takiego zjawiska, jak indukcja elektromagnetyczna, gdy ramka „4” obraca się, umieszczona w polu magnetycznym „3” (powstającym między różnymi biegunami magnesu „2”), powstaje w niej emf „5”. Napięcie podawane jest do sieci poprzez odbieraki prądu „7” ze styków pierścieniowych „6”, do których podłączona jest ramka „4”.

Wideo: prąd stały i przemienny - różnice

Jeśli chodzi o wielkość pola elektromagnetycznego, zależy to od prędkości przecięcia linii energetycznych „3” przez ramkę „4”. Ze względu na charakterystykę pola elektromagnetycznego, minimalna prędkość przejazdu, a co za tym idzie najmniejsza wartość siły elektromotorycznej, będzie przypadać w momencie, gdy rama znajdzie się w pozycji pionowej, a maksymalna – w pozycji poziomej.

Biorąc pod uwagę powyższe, w procesie równomiernego obrotu indukowany jest emf, którego charakterystyka wielkości i kierunku zmienia się w pewnym okresie.

Obrazy graficzne

Dzięki zastosowaniu metody graficznej możliwe jest uzyskanie wizualnej reprezentacji zmian dynamicznych w różnych wielkościach. Poniżej znajduje się wykres zmian napięcia w czasie dla ogniwa galwanicznego 3336L (4,5 V).

Jak widać wykres jest linią prostą, to znaczy napięcie źródła pozostaje niezmienione.

Przedstawiamy teraz wykres dynamiki zmian napięcia w czasie jednego cyklu (pełnego obrotu ramy) generatora.

Oś pozioma wyświetla kąt obrotu w stopniach, oś pionowa wyświetla wielkość emf (napięcia)

Dla przejrzystości pokażemy początkową pozycję ramki w generatorze, odpowiadającą punktowi początkowemu raportu na wykresie (0°)

Oznaczenia:

1 – bieguny magnesu S i N;
2 – rama;
3 – kierunek obrotu ramy;
4 – pole magnetyczne.

Zobaczmy teraz, jak zmieni się pole elektromagnetyczne podczas jednego cyklu obrotu ramy. W pozycji początkowej pole elektromagnetyczne będzie wynosić zero. Podczas obrotu wartość ta zacznie płynnie rosnąć, osiągając maksimum w momencie, gdy rama znajdzie się pod kątem 90°. Dalszy obrót ramy spowoduje zmniejszenie pola elektromagnetycznego, osiągając minimum w momencie obrotu o 180°.

Kontynuując proces, można zobaczyć, jak siła elektromotoryczna zmienia kierunek. Charakter zmian pola elektromagnetycznego, które zmieniło kierunek, będzie taki sam. Oznacza to, że zacznie płynnie rosnąć, osiągając szczyt w punkcie odpowiadającym obrotowi o 270°, po czym będzie się zmniejszać, aż rama wykona pełny cykl obrotu (360°).

Jeśli wykres będzie kontynuowany przez kilka cykli obrotowych, zobaczymy sinusoidalną charakterystykę przemiennego prądu elektrycznego. Jego okres będzie odpowiadał jednemu obrotowi ramy, a jego amplituda będzie odpowiadać maksymalnej wartości pola elektromagnetycznego (do przodu i do tyłu).

Przejdźmy teraz do innej ważnej cechy przemiennego prądu elektrycznego - częstotliwości. Do jego oznaczenia używana jest łacińska litera „f”, a jednostką miary jest herc (Hz). Ten parametr wyświetla liczbę pełnych cykli (okresów) zmiany pola elektromagnetycznego w ciągu jednej sekundy.

Częstotliwość określa się według wzoru: . Parametr „T” wyświetla czas jednego pełnego cyklu (okresu) mierzony w sekundach. W związku z tym, znając częstotliwość, łatwo jest określić czas okresu. Na przykład w życiu codziennym używany jest prąd elektryczny o częstotliwości 50 Hz, dlatego jego okres będzie wynosił dwie setne sekundy (1/50 = 0,02).

Generatory trójfazowe

Należy pamiętać, że najbardziej opłacalnym sposobem uzyskania prądu przemiennego jest użycie generatora trójfazowego. Uproszczony schemat jego konstrukcji pokazano na rysunku.

Jak widać w generatorze zastosowano trzy cewki, umieszczone z przesunięciem 120°, połączone ze sobą trójkątem (w praktyce takiego połączenia uzwojeń generatora nie stosuje się ze względu na niską sprawność). Kiedy jeden z biegunów magnesu przechodzi przez cewkę, indukuje się w nim SEM.

Jaki jest powód różnorodności prądów elektrycznych?

Wielu może mieć uzasadnione pytanie - po co stosować tak różnorodne prądy elektryczne, skoro można wybrać jeden i uczynić go standardem? Rzecz w tym, że nie każdy rodzaj prądu elektrycznego nadaje się do rozwiązania konkretnego problemu.

Jako przykład podajemy warunki, w których używanie stałego napięcia będzie nie tylko nieopłacalne, ale czasami niemożliwe:

zadanie przesyłania napięcia na duże odległości jest łatwiejsze do wykonania w przypadku napięcia przemiennego;
prawie niemożliwe jest przekształcenie prądu stałego w heterogeniczne obwody elektryczne o niepewnym poziomie zużycia;
utrzymanie wymaganego poziomu napięcia w obwodach prądu stałego jest znacznie trudniejsze i droższe niż prąd przemienny;
silniki na napięcie przemienne są konstrukcyjnie prostsze i tańsze niż na napięcie stałe. W tym miejscu należy zauważyć, że takie silniki (asynchroniczne) mają wysoki poziom prądu rozruchowego, co nie pozwala na ich wykorzystanie do rozwiązywania niektórych problemów.

Teraz podajemy przykłady problemów, w których bardziej odpowiednie jest użycie stałego napięcia:

Aby zmienić prędkość obrotową silników asynchronicznych, należy zmienić częstotliwość sieci zasilającej, co wymaga skomplikowanego sprzętu. W przypadku silników zasilanych prądem stałym wystarczy zmienić napięcie zasilania. Dlatego montuje się je w pojazdach elektrycznych;
zasilanie obwodów elektronicznych, sprzętu galwanicznego i wielu innych urządzeń odbywa się również za pomocą prądu stałego;
Napięcie stałe jest znacznie bezpieczniejsze dla człowieka niż napięcie przemienne.

Bazując na powyższych przykładach istnieje potrzeba stosowania różnych rodzajów napięć.

Ruch elektronów w przewodniku

Aby zrozumieć, czym jest prąd i skąd pochodzi, trzeba mieć trochę wiedzy na temat budowy atomów i praw ich zachowania. Atomy składają się z neutronów (ładunek neutralny), protonów (ładunek dodatni) i elektronów (ładunek ujemny).

Prąd elektryczny powstaje w wyniku ukierunkowanego ruchu protonów i elektronów, a także jonów. Jak możemy kierować ruchem tych cząstek? Podczas każdej operacji chemicznej elektrony są „odrywane” i przenoszone z jednego atomu na drugi.

Atomy, z których elektron został „usunięty”, stają się naładowane dodatnio (aniony), a te, do których jest on przyłączony, stają się naładowane ujemnie i nazywane są kationami. W wyniku tych „przekroczeń” elektronów powstaje prąd elektryczny.

Naturalnie proces ten nie może trwać wiecznie, prąd elektryczny zaniknie, gdy wszystkie atomy układu ustabilizują się i będą miały ładunek neutralny (doskonałym codziennym przykładem jest zwykła bateria, która „wyczerpie się” w wyniku zakończenia reakcji chemicznej ).

Historia badania

Już starożytni Grecy jako pierwsi zauważyli ciekawe zjawisko: pocierając bursztynowy kamień o wełnianą tkaninę, zaczyna on przyciągać drobne przedmioty. Kolejne kroki podjęli renesansowi naukowcy i wynalazcy, którzy zbudowali kilka ciekawych urządzeń demonstrujących to zjawisko.

Nowym etapem badań elektryczności była twórczość Amerykanina Benjamina Franklina, w szczególności jego eksperymenty ze słoikiem Leydena – pierwszym na świecie kondensatorem elektrycznym.

To Franklin wprowadził pojęcia ładunków dodatnich i ujemnych, a także wynalazł piorunochron. Wreszcie badanie prądu elektrycznego stało się nauką ścisłą po opisie prawa Coulomba.

Podstawowe wzory i siły w prądzie elektrycznym

Prawo Ohma – jego wzór opisuje zależność pomiędzy siłą, napięciem i oporem. Odkryty w XIX wieku przez niemieckiego naukowca Georga Simona Ohma. Jego imieniem nazwano jednostkę oporu elektrycznego. Jego odkrycia były bardzo przydatne bezpośrednio w praktycznym zastosowaniu.

Prawo Joule’a-Lenza mówi, że praca jest wykonywana w dowolnej części obwodu elektrycznego. W wyniku tej pracy przewodnik nagrzewa się. Ten efekt termiczny jest często stosowany w praktyce w inżynierii i technologii (doskonałym przykładem jest lampa żarowa).

Ruch ładunków powoduje wykonanie pracy

Ten wzór ma swoją nazwę, ponieważ dwóch naukowców, mniej więcej jednocześnie i niezależnie, wydedukowało go w drodze eksperymentów.
.

Na początku XIX wieku brytyjski naukowiec Faraday zdał sobie sprawę, że zmieniając liczbę linii indukcyjnych przechodzących przez powierzchnię ograniczoną zamkniętą pętlą, można wytworzyć prąd indukowany. Siły zewnętrzne działające na swobodne cząstki nazywane są siłą elektromotoryczną (indukcja emf).

Odmiany, cechy i jednostki miary

Prąd elektryczny może być albo zmienne, Lub stały.

Stały prąd elektryczny to prąd, który nie zmienia swojego kierunku i znaku w czasie, ale może zmienić swoją wielkość. Stały prąd elektryczny najczęściej wykorzystuje jako źródło ogniwa galwaniczne.

Zmienna to taka, która zmienia kierunek i znak zgodnie z prawem cosinusa. Jego cechą charakterystyczną jest częstotliwość. Jednostką SI są herce (Hz).

W ostatnich dziesięcioleciach stało się bardzo powszechne. Jest to rodzaj prądu przemiennego, który obejmuje 3 obwody. W obwodach tych występują naprzemienne siły elektromotoryczne o tej samej częstotliwości, ale przesunięte w fazie o jedną trzecią okresu. Każdy indywidualny obwód elektryczny nazywany jest fazą.

Prawie wszystkie nowoczesne generatory wytwarzają trójfazowy prąd elektryczny.

Siła i ilość prądu

Natężenie prądu zależy od ilości ładunku przepływającego w obwodzie elektrycznym w jednostce czasu. Natężenie prądu to stosunek ładunku elektrycznego przechodzącego przez przekrój przewodnika do czasu jego przejścia.

W układzie SI jednostką miary siły ładunku jest kulomb (C), a jednostką czasu jest sekunda (s). W rezultacie otrzymujemy C/s, jednostka ta nazywa się Amper (A). Natężenie prądu elektrycznego mierzy się za pomocą urządzenia - amperomierza.

Napięcie

Napięcie to stosunek pracy do naładowania. Pracę mierzy się w dżulach (J), ładunek w kulombach. Jednostka ta nazywa się Volt (V).

Opór elektryczny

Odczyty amperomierza na różnych przewodach dają różne wartości. Aby zmierzyć moc obwodu elektrycznego, konieczne byłoby użycie 3 urządzeń. Zjawisko to tłumaczy się tym, że każdy przewodnik ma inną przewodność. Jednostka miary nazywa się om i jest oznaczona łacińską literą R. Opór zależy również od długości przewodnika.

Pojemność elektryczna

Dwa odizolowane od siebie przewodniki mogą gromadzić ładunki elektryczne. Zjawisko to ma charakter fizyczny wielkość zwaną pojemnością elektryczną. Jego jednostką miary jest farad (F).

Moc i praca prądu elektrycznego

Praca prądu elektrycznego na określonym odcinku obwodu jest równa pomnożeniu napięcia prądu przez siłę i czas. Napięcie mierzy się w woltach, moc w amperach, czas w sekundach. Jednostką miary pracy był dżul (J).

Moc prądu elektrycznego to stosunek pracy do czasu jej wykonania. Moc jest oznaczona literą P i mierzona w watach (W). Wzór na moc jest bardzo prosty: prąd pomnożony przez napięcie.

Istnieje również jednostka zwana watogodziną. Nie należy go mylić z watami, są to 2 różne wielkości fizyczne. Waty mierzą moc (stopień zużycia lub przesyłania energii), a watogodziny wyrażają energię wytworzoną w określonym czasie. Pomiar ten jest często stosowany w przypadku domowych urządzeń elektrycznych.

Przykładowo lampa o mocy 100 W pracowała godzinę, następnie zużyła 100 Wh, a lampa o mocy 40 W taką samą ilość prądu zużyje w ciągu 2,5 godziny.

Watomierz służy do pomiaru mocy obwodu elektrycznego.

Który rodzaj prądu jest bardziej wydajny i jaka jest między nimi różnica?

Prąd stały jest łatwy w zastosowaniu w przypadku równoległego podłączenia generatorów, prąd przemienny wymaga synchronizacji generatora z systemem elektroenergetycznym.

W historii miało miejsce wydarzenie zwane „Wojną Prądów”. Ta „wojna” toczyła się pomiędzy dwoma genialnymi wynalazcami – Thomasem Edisonem i Nikolą Teslą. Pierwszy wspierał i aktywnie promował stały prąd elektryczny, a drugi przemienny. „Wojna” zakończyła się zwycięstwem Tesli w 2007 roku, kiedy Nowy Jork ostatecznie przeszedł na zmienną prędkość.

Różnica w efektywności przesyłania energii na odległość okazała się ogromna na korzyść prądu przemiennego. Stałego prądu elektrycznego nie można zastosować, jeśli stacja znajduje się daleko od konsumenta.

Ale trwały nadal znalazł zastosowanie: jest szeroko stosowany w elektrotechnice, galwanizacji i niektórych rodzajach spawania. Również stały prąd elektryczny stał się bardzo powszechny w transporcie miejskim (trolejbusy, tramwaje, metro).

Oczywiście nie ma dobrych i złych prądów, każdy rodzaj ma swoje zalety i wady, najważniejsze jest, aby prawidłowo je wykorzystać.

Rodzaje prądu

Wśród rodzajów prądu elektrycznego wyróżnia się:

DC:

Oznaczenie (-) lub DC (prąd stały).

Prąd przemienny:

Przeznaczenie (

) lub AC (prąd przemienny).

W przypadku prądu stałego (-) prąd płynie w jednym kierunku. Prąd stały dostarczany jest na przykład przez baterie suche, panele słoneczne i baterie do urządzeń o niskim poborze prądu. Do elektrolizy aluminium, spawania łukiem elektrycznym i eksploatacji zelektryfikowanych kolei wymagany jest prąd stały o dużej mocy. Powstaje przy użyciu prostowania prądu przemiennego lub generatorów prądu stałego.

Techniczny kierunek prądu polega na tym, że płynie on od styku ze znakiem „+” do styku ze znakiem „-”.

W przypadku prądu przemiennego (

) rozróżniają jednofazowy prąd przemienny, trójfazowy prąd przemienny i prąd wysokiej częstotliwości.

W przypadku prądu przemiennego prąd stale zmienia swoją wielkość i kierunek. W zachodnioeuropejskiej sieci energetycznej prąd zmienia kierunek 50 razy na sekundę. Częstotliwość zmian oscylacji na sekundę nazywana jest częstotliwością prądu. Jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Jednofazowy prąd przemienny wymaga przewodu napięciowego i przewodu powrotnego.

Prąd przemienny jest wykorzystywany na placu budowy i w przemyśle do zasilania maszyn elektrycznych, takich jak szlifierki ręczne, wiertarki elektryczne i piły tarczowe, a także do oświetlenia miejsca pracy i sprzętu budowlanego.

Trójfazowe generatory prądu przemiennego wytwarzają napięcie przemienne o częstotliwości 50 Hz na każdym ze swoich trzech uzwojeń. Napięcie to może zasilać trzy oddzielne sieci i wykorzystywać tylko sześć przewodów dla przewodów doprowadzających i powrotnych. Jeśli połączysz przewody powrotne, możesz ograniczyć się tylko do czterech przewodów

Wspólnym przewodem powrotnym będzie przewód neutralny (N). Z reguły jest uziemiony. Pozostałe trzy przewody (przewody zewnętrzne) są oznaczone skrótami LI, L2, L3. W niemieckiej sieci napięcie między przewodem zewnętrznym a przewodem neutralnym, czyli uziemieniem, wynosi 230 V. Napięcie między dwoma przewodami zewnętrznymi, na przykład między L1 i L2, wynosi 400 V.

Mówi się, że prąd o wysokiej częstotliwości występuje, gdy częstotliwość oscylacji jest znacznie wyższa niż 50 Hz (15 kHz do 250 MHz). Za pomocą prądu o wysokiej częstotliwości można podgrzewać materiały przewodzące ciepło, a nawet topić je, takie jak metale i niektóre materiały syntetyczne.

Konwertery zmienna stała aktualny Urządzenie.

Wasilij Sonkin

Jeśli ludzie staną wzdłuż całego Pierścienia Ogrodu, trzymają się za ręce i jednocześnie idą w jednym kierunku, to przez każde skrzyżowanie przejdzie wiele osób. To jest prąd stały. Jeśli zrobią kilka kroków w prawo, a potem w lewo, przez każde skrzyżowanie przejdzie wiele osób, ale będą to ci sami ludzie. To jest prąd przemienny.

Prąd to ruch elektronów w określonym kierunku. Elektrony muszą również poruszać się w naszych urządzeniach. Skąd bierze się prąd w gniazdku?

Elektrownia przekształca energię kinetyczną elektronów w energię elektryczną. Oznacza to, że elektrownia wodna wykorzystuje bieżącą wodę do obracania turbiny. Śmigło turbiny obraca kulkę miedzi pomiędzy dwoma magnesami. Magnesy wymuszają ruch elektronów w miedzi, co powoduje, że elektrony w drutach połączonych z miedzianą kulką poruszają się, powodując przepływ prądu.

Generator jest jak pompa wodna, a drut jest jak wąż. Generator-pompa pompuje elektrony-wodę poprzez przewody-węże.

Prąd przemienny to prąd, który mamy w gniazdku. Nazywa się go zmiennym, ponieważ kierunek ruchu elektronów stale się zmienia. Zasilanie prądem przemiennym z gniazdek ma różne częstotliwości i napięcia elektryczne. Co to znaczy? W rosyjskich gniazdkach częstotliwość wynosi 50 herców, a napięcie 220 woltów. Okazuje się, że w ciągu sekundy przepływ elektronów zmienia kierunek ruchu elektronów i ładunek z dodatniego na ujemny 50 razy. Po włączeniu świetlówek można zauważyć zmianę kierunku. Podczas gdy elektrony przyspieszają, miga kilka razy - jest to zmiana kierunku ruchu. A 220 woltów to maksymalne możliwe „ciśnienie”, z jakim elektrony poruszają się w tej sieci.

W przypadku prądu przemiennego ładunek stale się zmienia. Oznacza to, że napięcie wynosi 100%, następnie 0% i ponownie 100%. Gdyby napięcie było w 100% stałe, potrzebny byłby drut o dużej średnicy, ale przy zmiennym ładunku druty mogłyby być cieńsze. To jest wygodne. Elektrownia może przesłać miliony woltów za pomocą małego drutu, a transformator dla pojedynczego domu pobiera na przykład 10 000 woltów i dostarcza 220 woltów do każdego gniazdka.

Prąd stały to prąd pobierany przez baterię lub baterie telefonu. Nazywa się to stałym, ponieważ kierunek ruchu elektronów się nie zmienia. Ładowarki przekształcają prąd przemienny z sieci na prąd stały i w tej formie trafia on do akumulatorów.

Co to jest prąd przemienny i czym różni się od prądu stałego?

Prąd przemienny. w przeciwieństwie do prądu stałego. zmienia się w sposób ciągły zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku, a zmiany te zachodzą okresowo, to znaczy są dokładnie powtarzane w regularnych odstępach czasu.

Aby indukować taki prąd w obwodzie, stosuje się źródła prądu przemiennego, tworząc przemienny emf, który okresowo zmienia wielkość i kierunek. Takie źródła nazywane są alternatorami.

Na ryc. Rysunek 1 pokazuje schemat urządzenia (model) prostego generatora prądu przemiennego.

Prostokątna rama wykonana z drutu miedzianego jest zamontowana na osi i obraca się w polu magnesu za pomocą napędu pasowego. Końce ramy są przylutowane do miedzianych pierścieni stykowych, które obracając się wraz z ramą, przesuwają się po płytkach stykowych (szczotkach).

Rysunek 1. Schemat prostego alternatora

Upewnijmy się, że takie urządzenie rzeczywiście jest źródłem przemiennego pola elektromagnetycznego.

Załóżmy, że magnes wytwarza jednolite pole magnetyczne pomiędzy swoimi biegunami. tj. taki, w którym gęstość linii pola magnetycznego w dowolnej części pola jest taka sama. obracając się, rama przecina linie pola magnetycznego i w każdym z jej boków a i b indukowany jest emf.

Boki c i d ramy nie działają, ponieważ gdy rama się obraca, nie przecinają linii pola magnetycznego i dlatego nie biorą udziału w tworzeniu pola elektromagnetycznego.

Łatwo to sprawdzić, jeśli do określenia kierunku pola elektromagnetycznego zastosujesz dobrze znaną regułę prawej ręki.

Zatem przy równomiernym obrocie ramy zostanie w niej indukowany emf, okresowo zmieniający się zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku.

Pole elektromagnetyczne powstające w ramie można zmierzyć za pomocą urządzenia i wykorzystać do wytworzenia prądu w obwodzie zewnętrznym.

Wykorzystanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej. możesz uzyskać przemienny emf, a zatem prąd przemienny.

Prąd przemienny do celów przemysłowych i oświetleniowych wytwarzany jest przez potężne generatory napędzane turbinami parowymi lub wodnymi oraz silnikami spalinowymi.

Graficzne przedstawienie prądów stałych i przemiennych

Metoda graficzna pozwala wizualnie przedstawić proces zmiany danej zmiennej w zależności od czasu.

Na ryc. 2 graficznie przedstawia prąd stały i przemienny. W tym przypadku wykreślamy wartości bieżące, a pionowo w górę od punktu przecięcia osi O wykreślamy wartości bieżące w jednym kierunku, który zwykle nazywa się dodatnim, i od tego punktu w dół - w kierunku przeciwnym, co zwykle nazywa się negatywem.

Rysunek 2. Graficzne przedstawienie prądu stałego i przemiennego

Zweryfikujmy poprawność konstrukcji przedstawionej na ryc. 2 i wykres prądu stałego 50 mA.

Wykonując podobną konstrukcję przez kilka kolejnych chwil, otrzymamy szereg punktów, których połączenie da linię prostą, będącą graficzną reprezentacją prądu stałego o natężeniu 50 mA.

Wykreślanie wykresu zmiennej EMF

Przejdźmy teraz do badania wykresu zmiennej EMF. Na ryc. 3 u góry przedstawia ramkę obracającą się w polu magnetycznym, a u dołu graficzną reprezentację pojawiającej się zmiennej EMF.

Rysunek 3. Wykreślanie wykresu zmiennej EMF

Zacznijmy równomiernie obracać ramę zgodnie z ruchem wskazówek zegara i śledzić postęp zmiany pola elektromagnetycznego w niej, przyjmując za moment początkowy poziome położenie ramy.

Gdy ramka zbliża się do pozycji poziomej, emf w niej zmniejszy się i spadnie do zera. Na wykresie będzie to przedstawione jako opadająca gładka krzywa.

W rezultacie w czasie odpowiadającym połowie obrotu ramy zawarte w niej pole elektromagnetyczne zdołało wzrosnąć od zera do wartości maksymalnej i ponownie spaść do zera (punkt 3).

Wykres uwzględnia zmianę kierunku pola elektromagnetycznego w tym sensie, że krzywa przedstawiająca pole elektromagnetyczne przecina oś czasu i znajduje się obecnie poniżej tej osi. Pole elektromagnetyczne ponownie wzrasta, aż rama przyjmie pozycję pionową. Następnie pole elektromagnetyczne zacznie się zmniejszać, a jego wartość stanie się równa zero, gdy rama powróci do pierwotnej pozycji po wykonaniu jednego pełnego obrotu. Na wykresie będzie to wyrażone przez fakt, że krzywa SEM, osiągając swój szczyt w przeciwnym kierunku (punkt 4), następnie spotyka się z osią czasu (punkt 5).

Zatem dla każdego obrotu ramy powstający w niej EMF kończy pełny cykl swojej zmiany.

Otrzymana przez nas krzywa przypominająca falę nazywana jest falą sinusoidalną. a prąd, pole elektromagnetyczne lub napięcie zmieniające się zgodnie z tym prawem nazywane są sinusoidalnymi.

Sama krzywa nazywana jest sinusoidą, ponieważ jest graficzną reprezentacją zmiennej wielkości trygonometrycznej zwanej sinusem.

Sinusoidalny charakter zmiany prądu jest najczęściej spotykany w elektrotechnice, dlatego mówiąc o prądzie przemiennym, w większości przypadków mamy na myśli prąd sinusoidalny.

Aby porównać różne prądy przemienne (EMF i napięcia), istnieją wielkości charakteryzujące konkretny prąd. Nazywa się je parametrami AC.

Okres, amplituda i częstotliwość - parametry prądu przemiennego

Prąd przemienny charakteryzuje się dwoma parametrami – okresem i amplitudą, znając je, możemy ocenić, jaki to jest prąd przemienny i zbudować wykres prądu.

Rysunek 4. Sinusoidalna krzywa prądu

Okres, w którym następuje pełny cykl zmian prądu, nazywa się okresem. Okres jest oznaczony literą T i mierzony w sekundach.

Jak widać z wykresu, w jednym okresie swojej zmiany prąd osiąga dwukrotność wartości maksymalnej.

Maksymalna wartość prądu przemiennego (emf lub napięcia) nazywana jest jego wartością amplitudy lub prądu amplitudy.

Im, Em i Um są ogólnie przyjętymi oznaczeniami amplitud prądu, pola elektromagnetycznego i napięcia.

Przede wszystkim zwróciliśmy uwagę na wartość amplitudy prądu. jednak, jak widać na wykresie, istnieje niezliczona ilość wartości pośrednich, które są mniejsze niż amplituda.

Wartość prądu przemiennego (EMF, napięcie) odpowiadająca dowolnemu wybranemu momentowi nazywa się jego wartością chwilową.

I. e i u są ogólnie przyjętymi oznaczeniami chwilowych wartości prądu, emf i napięcia.

Wartość chwilową prądu, a także jego wartość amplitudy można łatwo wyznaczyć za pomocą wykresu. W tym celu z dowolnego punktu na osi poziomej odpowiadającego interesującemu nas momentowi czasu rysujemy linię pionową do punktu przecięcia z krzywą prądu, a powstały odcinek prostej pionowej wyznaczy wartość prąd w danym momencie, czyli jego wartość chwilowa.

Jest oczywiste, że chwilowa wartość prądu po czasie T/2 od punktu początkowego wykresu będzie równa zeru, a po czasie T/4 jego wartość amplitudy. Prąd również osiąga swoją wartość amplitudy, ale w przeciwnym kierunku, po czasie równym 3/4 T.

Liczba pełnych okresów wykonywanych przez prąd w ciągu 1 sekundy nazywana jest częstotliwością prądu przemiennego i jest oznaczona łacińską literą f.

Aby określić częstotliwość prądu przemiennego, to znaczy dowiedzieć się, ile okresów zmian powoduje prąd w ciągu 1 sekundy. należy podzielić 1 sekundę przez czas jednego okresu f = 1/T. Znając częstotliwość prądu przemiennego, można wyznaczyć okres: T = 1/f

Częstotliwość prądu przemiennego mierzy się w jednostce zwanej hercem.

Jeśli mamy prąd przemienny. którego częstotliwość zmian wynosi 1 herc, wówczas okres takiego prądu będzie równy 1 sekundzie. I odwrotnie, jeśli okres zmiany prądu wynosi 1 sekundę, wówczas częstotliwość takiego prądu wynosi 1 herc.

Określiliśmy więc parametry prądu przemiennego - okres, amplitudę i częstotliwość. - które pozwalają rozróżnić od siebie różne prądy przemienne, pola elektromagnetyczne i napięcia oraz w razie potrzeby zbudować ich wykresy.

Przy określaniu rezystancji różnych obwodów na prąd przemienny należy zastosować inną wielkość pomocniczą charakteryzującą prąd przemienny, tzw. Częstotliwość kątową lub kołową.

Częstotliwość kołowa oznaczona jest literą #969 i jest powiązana z częstotliwością f zależnością #969 = 2#960 f

Wyjaśnijmy tę zależność. Konstruując wykres zmiennej SEM, widzieliśmy, że podczas jednego pełnego obrotu ramy następuje pełny cykl zmian EMF. Innymi słowy, aby rama wykonała jeden obrót, czyli obrót o 360°, potrzebny jest czas równy jednemu okresowi, czyli T sekundom. Następnie w ciągu 1 sekundy rama wykonuje obrót o 360°/T. W związku z tym 360°/T jest kątem, o jaki rama obraca się w ciągu 1 sekundy i wyraża prędkość obrotową ramy, która jest zwykle nazywana prędkością kątową lub kołową.

Ponieważ jednak okres T jest powiązany z częstotliwością f poprzez stosunek f = 1/T, prędkość po okręgu można wyrazić w kategoriach częstotliwości i będzie ona równa #969 = 360°f.

Doszliśmy więc do wniosku, że #969 = 360°f. Jednakże dla wygody stosowania częstotliwości kołowej we wszelkiego rodzaju obliczeniach kąt 360° odpowiadający jednemu obrotowi zastępuje się wyrażeniem radialnym równym 2 #960 radianów, gdzie #960 = 3,14. W ten sposób ostatecznie otrzymujemy #969 = 2 #960 f. Dlatego, aby określić częstotliwość kołową prądu przemiennego (emf lub napięcie), częstotliwość w hercach należy pomnożyć przez stałą liczbę 6,28.

Nasza strona na Facebooku: