Переменный электрический ток. Генератор переменного электрического тока

Цель: 1) Изучить генератор, его устройство,
принцип его работы.
2) Детальное рассмотрение принципов
работы и устройства автомобильного
генератора.
3) Выполнить письменную
экзаменационную работу в связи с
окончанием курса автослесаря.

История генератора:

Изобретателем автомобильного генератора в
той форме, в которой он устанавливается и в
наши дни, был немецкий инженер Роберт Бош.
В 1887 он разработал низковольтное магнето
для стационарных двигателей, а к 1902 году –
магнето высокого напряжения, которое стало
прообразом показанной им в 1906 году
«световой машины», то есть первого
автомобильного генератора постоянного тока.
Аббревиатура «АГС»
расшифровывается
«Автомобильные Генераторы и
Стартеры»

Генератор — устройство, преобразующее

механическую энергию, получаемую от
двигателя, в электрическую

ВИДЫ ГЕНЕРАТОРОВ

Генераторы
постоянного тока
(не применяют на
современных
автомобилях)
Генераторы
переменного
тока
(используют в
настоящее время)

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО

ТОКА
На автомобилях выпуска до
1960-х годов (например ГАЗ51, ГАЗ-69, ГАЗ-М-20
«Победа» и многих других)
устанавливались генераторы
постоянного тока
ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Первая конструкция генераторов
переменного тока была
представлена фирмой «Невиль»,
США в 1946 году.
Применяются на автомобилях
ГАЗ-53, ВАЗ-2101, Москвич-2140
Генератор переменного тока мощнее
долговечнее, дешевле, чем
генераторы постоянного тока

Основне части автомобильного генератора:

1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Шкив
Корпус
Ротор
Статор
Сборка с выпрямительными диодами
Регулятор напряжения
Щёточный узел
Защитная крышка диодного модуля

Принцип работы автомобильного

генератора:
Когда в замке зажигания
поворачивается ключ, на обмотку
возбуждения поступает ток через
щёточный узел и контактные кольца. В
обмотке наводится магнитное поле.
Ротор генератора начинает двигаться
с вращением коленчатого вала.
Обмотки статора пронизываются
магнитным полем ротора. На выводах
обмоток статора возникает
переменное напряжение. С
достижением определённой частоты
вращения, обмотка возбуждения
запитывается непосредственно от
генератора, то есть, генератор
переходит в режим самовозбуждения.

Неисправности генератора:

Электрические неисправности:
Износ щёток;
Обрыв или нарушения
контакта электрических
цепей;
Замыкания между
витками обмотки ротора;
Выход из строя, хотя и не
часто, диодного моста или
регулятора напряжения.
Механические неисправности:
Износ подшипников;
Вибрирующий ротор;
Растяжение и обрыв ремня
привода генератора.

ВЫВОД:

Генератор — очень сложное устройство, поэтому важно бережно относиться
к нему. Постоянно следите за состоянием всех его деталей, а также за
степенью натяжения приводного ремня. Тогда автомобильный генератор
сможет прослужить максимально долго.

Генератор электрического тока(старое
название альтернатор) является
электромеханическим устройством, которое
преобразует механическую энергию в
электрическую энергию переменного тока.
Большинство генераторов переменного тока
используют вращающееся магнитное поле.

История:

Системы производящие переменный ток были
известны в простых видах со времён открытия
магнитной индукции электрического тока. Ранние
машины были разработаны Майклом Фарадеем и
Ипполитом Пикси.
Фарадей разработал «вращающийся
треугольник», действие которого было
многополярным — каждый активный проводник
пропускался последовательно через область, где
магнитное поле было в противоположных
направлениях.
Первая публичная демонстрация наиболее
сильной «альтернаторной системы» имела место в
1886 году. Большой двухфазный генератор
переменного тока был построен британским
электриком Джеймсом Эдвардом Генри
Гордоном в 1882 году.
Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также
разработали ранний альтернатор, производивший
частоты между 100 и 300 герц.
В 1891 году Никола Тесла запатентовал
практический «высокочастотный» альтернатор
(который действовал на частоте около 15000 герц).
После 1891 года, были введены многофазные
альтернаторы.

Принцип действия генератора основан на

действии электромагнитной индукции — возникновении
электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в
переменном магнитном поле. Оно создается с помощью
вращающегося электромагнита — ротора при прохождении по его
обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется
в постоянное полупроводниковым выпрямителем.

Все двигатели постоянного тока состоят из ротора и статора, причем ротор-это подвижная часть двигателя, а статор нет.

Схема радиально-поршневого роторного насоса:

1 — ротор
2 — поршень
3 — статор
4 — цапфа
5 — полость нагнетания
6 — полость всасывания

Классификация генераторов по типу первичного двигателя:

Турбогенератор
Дизель-генератор
Гидрогенератор
Ветрогенератор

Турбогенератор

— устройство, состоящее
из синхронного генератора и паровой или газовой
турбины, выполняющей роль привода. Основная
функция в преобразовании в внутренней
энергии рабочего тела в электрическую, посредством
вращения паровой или газовой турбины.

Дизельная электростанция (дизель-генератор)

Дизельная электроста́нция (дизель-генераторная установка,
дизель-генератор) — стационарная или подвижная
энергетическая установка, оборудованная одним или
несколькими электрическими генераторами с приводом
от дизельного двигателя внутреннего сгорания.
Как правило, такие электростанции объединяют в
себе генератор переменного тока и двигатель внутреннего
сгорания, которые установлены на стальной раме, а также
систему контроля и управления установкой. Двигатель
внутреннего сгорания приводит в движение синхронный или
асинхронный электрический генератор. Соединение двигателя и
электрического генератора производится либо
напрямую фланцем, либо через демпферную муфту

Гидрогенератор

— устройство, состоящее из электрического
генератора и гидротурбины, выполняющей роль
механического привода, предназначен для выработки
электроэнергии на гидроэлектростанции.
Обычно генератор гидротурбинный представляет собой
синхронную явнополюсную электрическую
машину вертикального исполнения, приводимую во вращение
от гидротурбины, хотя существуют и генераторы
горизонтального исполнения (в том числе капсульные
гидрогенераторы).
Конструкция генератора в основном определяется
параметрами гидротурбины, которые в свою очередь зависят
от природных условий в районе строительства
гидроэлектростанции (напора воды и её расхода). В связи с
этим для каждой гидроэлектростанции обычно проектируется
новый генератор.

Ветрогенератор

(ветроэлектрическая установка или сокращенно
ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической
энергии ветрового потока в механическую энергию
вращения ротора с последующим её преобразованием
в электрическую энергию.
Ветрогенераторы можно разделить на три категории:
промышленные, коммерческие и бытовые (для частного
использования).
Промышленные устанавливаются государством или крупными
энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в
сети, в результате получается ветровая электростанция. Её
основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) —
полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное
требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра.
Мощность современных ветрогенераторов достигает 8 МВт.

Применение генераторов в быту и на производстве

Электростанции переменного тока работают на дачах и в частных
домах в качестве автономного источника электроснабжения, в
составе оборудования в ремонтных и пуско-наладочных бригадах.
Сварочные электростанции на стройках намного удобнее, чем
стационарные сварочные аппараты, особенно на начальных этапах
стройки.
Сдать ремонт под ключ с автономными электрогенераторами
становится проще. Они экономят время и становятся незаменимыми в
полевых условиях, когда электроснабжение отсутствует. Монтаж и
изготовление металлоконструкций также становится проще, когда
поблизости нет источников электроснабжения. Собирать
металлоконструкции удобнее на месте, а не транспортировать готовую
конструкцию на место установки.
Бывают случаи, когда дублирование основного электроснабжения
жизненно важно. Для клиник и больниц с реанимационными и
хирургическими отделениями наличие автономной аварийной системы
электроснабжения очень важно. Ведь от этого зависят человеческие
жизни. Генераторы переменного тока нашли широкое применение в

быту и на производстве благодаря компактности, безотказности и
мобильности. Широкий спектр применения делает их универсальными
устройствами, способными производить ток не только для нужд
производства, но и в быту.

«Электрические цепи переменного тока» — Применение электрического резонанса. Векторная диаграмма напряжений в сети переменного тока. Закон Ома. Колебания силы тока. Электрические цепи переменного тока. Электрический резонанс. Диаграмма. Три вида сопротивлений. Векторная диаграмма. Диаграмма при наличии в цепи переменного тока только индуктивного сопротивления.

«Переменный ток» — Переменный ток. Генератор переменного тока. Переменным током называется электрический ток, изменяющийся во времени по модулю и направлению. Определение. ЭЗ 25.1 Получение переменного тока при вращении катушки в магнитном поле.

««Переменный ток» физика» — Сопротивление конденсатора. Конденсатор в цепи переменного тока. Колебания тока на конденсаторе. R,C,L в цепи переменного тока. Как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока. Как ведет себя индуктивность. Проанализируем формулу индуктивного сопротивления. Использование частотных свойств конденсатора и катушки индуктивности.

«Сопротивление в цепи переменного тока» — Индуктивное сопротивление- величина, характеризующее сопротивление, оказываемое переменному току индуктивностью цепи.

Емкостное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической емкостью. Одинаков ли цвет фигур? Активное сопротивление в цепи переменного тока.

«Переменный электрический ток» — Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике, включенном в цепь переменного тока. Активное сопротивление. Im= Um / R. i=Im cos ?t. Свободные электромагнитные колебания в контуре быстро затухают и поэтому практически не используются. И наоборот, незатухающие вынужденные колебания имеют большое практическое значение.

«Трансформатор» — Если ответ «да», то к источнику какого тока нужно подключить катушку и почему? Написать конспект к параграфу 35 Физические процессы в трансформаторе. Задача2. Источник переменного тока. ЭДС индукции. K – коэффициент трансформации. Напишите формулу. Можно ли повышающий трансформатор сделать понижающим?

Ни для кого не станет удивительным тот факт, что в наши дни популярность, востребованность и спрос таких устройств, как электростанции и генераторы переменного тока, достаточно высоки. Это объясняется, прежде всего, тем, что современное генераторное оборудование имеет для нашего населения огромное значение. Помимо этого необходимо добавить и то, что генераторы переменного тока нашли свое широкое применение в самых различных сферах и областях. Промышленные генераторы могут быть установлены в таких местах, как поликлиники и детские сады, больницы и заведения общественного питания, морозильные склады и многие другие места, требующие непрерывной подачи электрического тока. Обратите свое внимание на то, что отсутствие электричества в больнице может привести непосредственно к гибели человека. Именно поэтому в подобных местах генераторы должны быть установлены обязательно. Также довольно распространенным является явление использования генераторов переменного тока и электростанций в местах проведения строительных работ. Это позволяет строителям использовать необходимое им оборудование даже на тех участках, где полностью отсутствует электрификация.

Однако и этим дело не ограничилось. Электростанции и генераторные установки были усовершенствованы и дальше. В результате этого нам были предложены бытовые генераторы переменного тока, которые вполне удачно можно было устанавливать для электрификации коттеджей и загородных домов. Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что современные генераторы переменного тока имеют довольно широкую область применения. Кроме того они способны решить большое количество важных проблем, связанных с некорректной работой электрической сети, либо ее отсутствием.

«Генератор переменного тока»Генератор переменного тока (альтернатор)
является электромеханическим устройством,

которое преобразует механическую энергию в
электрическую энергию переменного тока.
Большинство генераторов переменного тока
используют вращающееся магнитное поле.

История:

Системы производящие переменный ток были
известны в простых видах со времён открытия
магнитной индукции электрического тока.
Ранние машины были разработаны Майклом
Фарадеем и Ипполитом Пикси.
Фарадей разработал «вращающийся
треугольник», действие которого было
многополярным — каждый активный проводник
пропускался последовательно через область,
где магнитное поле было в противоположных
направлениях. Первая публичная демонстрация
наиболее сильной «альтернаторной системы»
имела место в 1886 году. Большой двухфазный
генератор переменного тока был построен
британским электриком Джеймсом Эдвардом
Генри Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и
Себастьян Ферранти также разработали ранний
альтернатор, производивший частоты между 100
и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла
запатентовал практический «высокочастотный»
альтернатор (который действовал на частоте
около 15000 герц). После 1891 года, были
введены многофазные альтернаторы.
Принцип действия генератора основан на
действии электромагнитной индукции —
возникновении электрического напряжения в
обмотке статора, находящейся в переменном
магнитном поле. Оно создается с помощью
вращающегося электромагнита — ротора при
прохождении по его обмотке постоянного тока.
Переменное напряжение преобразуется в
постоянное полупроводниковым
выпрямителем.

Общий вид генератора переменного тока с внутренними полюсами. Ротор является индуктором, а статор — якорем

Ротор – сердечник,
вращающийся вокруг
горизонтальной или
вертикальной оси
вместе со своей
обмоткой.
Статор – неподвижный сердечник с его обмоткой.

Схема устройства генератора: 1 — неподвижный якорь, 2 — вращающийся индуктор, 3- контактные кольца, 4- скользящие по ним щетки

Вращающийся

индуктор
генератора I
(ротор) и якорь
(статор) 2, в
обмотке которого

Ротор

(индуктор)
генератора
переменного
тока
с
внутренними
полюсами. На валу ротора
справа
показан
ротор
вспомогательной
машины,

Виды генераторов:

Турбогенератор – это генератор,
который приводится в действие
паровой или газовой турбиной.

Дизельагрегат

—
генерат
ор,
ротор
которог
о
вращает
ся от
двигате

Гидроге

нератор
вращает
гидроту
рбина.

Генератор переменного тока начала 20-го века сделанный в Будапеште,

Венгрия, в зале производства электроэнергии гидроэлектростанции
(фотография Прокудина-Горского, 1905-1915).

Автомобильный

генератор
переменного
тока. Приводной
ремень снят.

Широкое применение генераторов переменного тока:

Ни для кого не станет удивительным тот факт, что в наши дни популярность,
востребованность и спрос таких устройств, как электростанции и генераторы переменного
тока, достаточно высоки. Это объясняется, прежде всего, тем, что современное
генераторное оборудование имеет для нашего населения огромное значение. Помимо этого
необходимо добавить и то, что генераторы переменного тока нашли свое широкое
применение в самых различных сферах и областях.
Промышленные генераторы могут быть установлены в таких местах, как поликлиники и
детские сады, больницы и заведения общественного питания, морозильные склады и
многие другие места, требующие непрерывной подачи электрического тока. Обратите свое
внимание на то, что отсутствие электричества в больнице может привести непосредственно
к гибели человека. Именно поэтому в подобных местах генераторы должны быть
установлены обязательно.
Также довольно распространенным является явление использования генераторов
переменного тока и электростанций в местах проведения строительных работ. Это

позволяет строителям использовать необходимое им оборудование даже на тех участках,
где полностью отсутствует электрификация. Однако и этим дело не ограничилось.
Электростанции и генераторные установки были усовершенствованы и дальше. В
результате этого нам были предложены бытовые генераторы переменного тока, которые
вполне удачно можно было устанавливать для электрификации коттеджей и загородных
домов.
Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что современные генераторы переменного
тока имеют довольно широкую область применения. Кроме того они способны решить
большое количество важных проблем, связанных с некорректной работой электрической
сети, либо ее отсутствием.

Переменный электрический ток — это… Что такое Переменный электрический ток?

Переменный электрический ток — – электрический ток, изменяющийся с течением времени. Примечание. Аналогично определяются переменные ЭДС, напряжение, магнитодвижущая сила, магнитный поток и т. д. [ГОСТ 19880 74] Рубрика термина: Энергетическое оборудование Рубрики… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

переменный (электрический) ток — 230 переменный (электрический) ток Электрический ток, изменяющийся во времени. Примечание Аналогично определяют переменные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника. Термины …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

переменный электрический ток — В широком смысле: любой изменяющийся с течением времени электрический ток; в узком смысле: периодический электрический ток, среднее значение которого за период равно нулю …   Политехнический терминологический толковый словарь

Переменный электрический ток — (напряжение) – электрический ток (напряжение), изменяющийся с течением времени. ГОСТ 19880 74 …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

Переменный (электрический) ток — 1. Электрический ток, изменяющийся во времени Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий …   Телекоммуникационный словарь

Электрический ток переменный — электрический ток, изменяющийся во времени… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Постановлением Госстандарта РФ от 09.01.2003 N 3 ст) …   Официальная терминология

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — упорядоченное (направленное) движение электрически заряж. ч ц или заряж. макроскопич. тел. За направление тока принимают направление движения положительно заряж. ч ц; если ток создаётся отрицательно заряж. ч цами (напр., эл нами), то направление… …   Физическая энциклопедия

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — ток постоянный, ток электрический …   Большая политехническая энциклопедия

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — (обозначение I), движение ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ, обычно поток ЭЛЕКТРОНОВ по ПРОВОДНИКУ или ионов по ЭЛЕКТРОЛИТУ либо в газовой среде. Условлено считать, что ток движется от положительного конца цепи (АНОДА) к отрицательному (КАТОДУ), хотя на… …   Научно-технический энциклопедический словарь

Электрический ток — Запрос «Ток» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Электрический ток  упорядоченное некомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в… …   Википедия

Переменный электрический ток

«Кто действительно хочет понять все

величие нашего времени, тот должен

познакомиться с историей науки об электричестве.

И тогда он узнает сказку, какой нет и

среди сказок «Тысячи и одной ночи»

Никола Тесла «Сказка об электричестве»

Данная тема посвящена изучению переменного электрического тока.

Электромагнитные колебания – это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи.

Свободные электромагнитные колебания – это колебаниями, которые происходят в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется.

Свободные колебания не могут существовать сколь угодно долго и со временем затухают. Поэтому, наибольшее практическое значение в настоящее время получили вынужденные электромагнитные колебания, которые представляют собой периодические изменения силы тока в контуре и других электрических величин под действием переменной электродвижущей силы от внешнего источника.

С такими колебаниями знаком каждый человек. Только люди их называют переменным электрическим током.

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

В каждом доме есть розетки, в которые включают всю домашнюю технику и осветительные приборы, «питающиеся» переменным током напряжением 220 вольт. В школьных мастерских имеются станки — к ним тоже подведен переменный ток, только более высокого напряжения. Во всех микрорайонах стоят будки с надписями «Трансформатор», в которых находятся трансформаторы, преобразующие переменный ток; вдоль дорог и по лесным просекам протянулись линии электропередачи опять же переменного тока. Миллионы и миллионы генераторов, трансформаторов, электродвигателей во всем мире производят, передают и используют электрическую энергию благодаря особенностям этого вида тока, обнаруженным без малого двести лет назад.

Крупнейший ученый XIX века Герман Гельмгольц говорил, что до тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея. Явление электромагнитной индукции — фундаментальное научное открытие, совершенное английским физиком Майклом Фарадеем, — легло в основу современной технической цивилизации и кардинально преобразило окружающий нас мир.

Долгие десятилетия шли активные поиски наилучшей реализации этого открытия — вплоть до отчаянной борьбы между сторонниками постоянного и приверженцами переменного тока. Правда, начавшаяся более ста лет назад «война» давно закончилась тесным и плодотворным взаимодействием, когда недостатки одного из видов тока компенсируются достоинствами другого.

Каким способом можно получить переменный электрический ток?

Поместим в постоянное и однородное магнитное поле виток проволоки abcd.

При равномерном вращении этого витка вокруг оси OO’ магнитный поток, пронизывающий его площадь будет постоянно меняться как по величине, так и по направлению. Вследствие этого, согласно закону электромагнитной индукции, в витке возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции.

Когда плоскость вращающегося витка становится перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, пронизывающий ее магнитный поток наибольший, скорость же изменения его равна нулю, так как при прохождении через это положение проводники витка ab и cd скользят вдоль силовых линий поля, не пересекая их. Следовательно, ЭДС индукции, возникающая в витке, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, будет равна нулю.

Когда же плоскость витка параллельна силовым линиям поля, поток, пронизывающий ее, равен нулю, скорость же изменения его при прохождении через это положение наибольшая, так как в этом случае проводники витка ab и cd движутся перпендикулярно к силовым линиям поля. ЭДС, возникшая в этом случае в витке, имеет наибольшее значение. В части ab витка, ЭДС будет направлена от чертежа к наблюдателю, а в части cd наоборот — от наблюдателя за чертеж.

При дальнейшем вращении витка ЭДС, сохраняя неизменным свое направление, будет уменьшаться до тех пор, пока опять не станет равной нулю. Т.е. в том положении, когда величина магнитного потока будет наибольшей, а скорость его изменения — наименьшей.

При дальнейшем вращении витка скорость изменения потока, пронизывающего виток, будет увеличиваться; следовательно, ЭДС по абсолютной величине будет возрастать. Но, так как теперь виток движется навстречу магнитным силовым линиям другой стороной плоскости, то направление в нем ЭДС изменяется на противоположное: в части ab ЭДС направлена от наблюдателя за чертеж, а в части bc — из-за чертежа к наблюдателю. И опять это направление ЭДС сохраниться и при дальнейшем движении витка, при этом абсолютная ее величина будет убывать.

При последующих оборотах витка все эти явления будут повторяться вновь.

Таким образом, величина ЭДС индукции во вращающемся витке за один его оборот изменяется от минус ξ_max до плюс ξ_max.

Для того чтобы пронаблюдать за происходящими изменениями ЭДС непосредственно, разомкнем виток и присоединим его концы к осциллографу. При вращении витка в магнитном поле осциллограф запишет все изменения тока, по которым можно будет судить и об изменениях  ЭДС индукции в витке.

На рисунке изображен график изменения ЭДС индукции в витке за время совершения одного полного оборота. Вверху показаны последовательные положения витка в магнитном поле, против них (т.е. внизу) — значения ЭДС индукции в витке. Направление силовых линий магнитного потока, пронизывающего виток, показано стрелками. Кружочки изображают сечение витка плоскостью чертежа с указанием направления тока в нем.

Как показывает осциллограмма, ток, возникающий в витке при равномерном его вращении в однородном магнитном поле, изменяется синусоидально. Поэтому такой ток еще иногда называют переменным синусоидальным током.

В дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения (или ЭДС), меняющегося с циклической частотой по закону синуса или косинуса:

где U_m — амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения.

Аналогичные формулы записываются и для ЭДС индукции.

Если в цепи напряжение меняется с циклической частотой «Омега», то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Однако колебания силы тока в цепи не обязательно должны совпадать с колебаниями напряжения. Поэтому, в общем случае, мгновенное значение силы тока будет определяться по формуле:

Рассмотрим еще 2 основные характеристики переменного тока — период и частоту.

Под периодом переменного тока понимают промежуток времени, в течении которого ЭДС (или напряжение, или сила тока) совершает одно полное колебание. Напомним, что обозначается период большой латинской буквой T и измеряется он в секундах.

Частотой переменного тока называется число колебаний переменного тока за одну секунду. Обозначается греческой буквой n и измеряется в Гц (герцах).

Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Этот выбор был сделан с участием русского ученого Михаила Осиповича Доливо-Добровольского.

В США по рекомендации известного ученого Тесла, работавшего в фирме Вестингауз, основным производителем тогда электромагнитной техники, стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.

Частота в 50 Гц означает, что на протяжении 1 секунды ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую.

Основные выводы:

– Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

– Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электрические колебания, происходящие в электрической цепи под действием периодически изменяющейся по закону синуса или косинуса внешней ЭДС.

– Периодом переменного тока называют промежуток времени, в течении которого сила тока (или напряжение, или ЭДС) совершает одно полное колебание.

– Частота переменного тока — число колебаний переменного тока в секунду.

Урок 43. Лекция 43. Переменный ток.

Электромагнитными колебаниями называют периодические взаимосвязанные изменения заряда, силы тока и напряжения.

Свободными электромагнитными колебаниями называют такие, которые совершаются без внешнего воздействия за счет первоначально накопленной энергии.

У свободных колебаний со временем амплитуда уменьшается и они затухают. Для того, чтобы колебания не затухали, необходимо воздействовать на колебательную систему внешней периодически изменяющейся силой. Такие колебания называют вынужденными.

Вынужденные электрические колебания называют переменным электрическим током.

Электрический ток, изменяющийся со временем по направлению и по величине по гармоническому закону, называют переменным током.

Рассмотрим переменный электрический ток, изменяющийся со временем по гармоническому закону. Он представляет собой вынужденные колебания тока в электрической цепи, происходящие с частотой ω, совпадающей с частотой, вынуждающей э.д.с.

   В цепи переменного тока мощность тоже будет менять своё значение. Как правило, нам надо знать среднюю мощность. Для её вычисления удобно пользоваться действующими значениями силы тока и напряжения.

   Вольтметр и амперметр переменного тока всегда показывают действующие значения.

   Мгновенное значение переменного тока, текущего по активному сопротивлению R, определяется по закону Ома:

 

где I₀ = ε₀/R – амплитудное значение силы тока.

   Ток по фазе совпадает с э.д.с.

   Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата мгновенного тока, называется действующим значением переменного тока.

Обозначается I.

 

   Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока:

 

   Действующее (эффективное) значение переменного тока и действующее (эффективное) значение напряжения равно напряжению и силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

что это и как получить

 

Постоянный электрический ток можно получить от батарейки или другого источника тока. В таком случае мы будем иметь ток, текущий все время в одном направлении от положительного полюса источника к отрицательному. Некоторые электроприборы питаются постоянным током, однако большинство потребляет переменный ток.

Что такое переменный ток

В электрических розетках у нас в квартирах тоже течет переменный ток. Мы знаем, что переменный ток это ток, который регулярно меняет свое направление. То есть в случае переменного тока у нас не будет положительного полюса источника и отрицательного. Как же получают переменный ток?

В самом деле, в нашей стране используют ток частотой 50 Гц, то есть, направление такого тока меняется 50 раз в секунду. Не крутят же на электростанциях с такой скоростью батарейки или иные источники постоянного тока. Очевидно, что ток получают каким-то другим способом. Интересно, каким? Тогда разберемся.

Получение переменного электрического тока возможно благодаря использованию явления электромагнитной индукции. Это явление заключается в том, что при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в контуре возникает электрический ток.

Как получить переменный ток

Помните опыты с вдвиганием и выдвиганием магнита внутрь катушки, подключенной к гальванометру? Гальванометр показывал противоположное значение тока в зависимости от того, куда двигался магнит внутрь или наружу катушки. Вот на этом и основано получение переменного тока в электромеханических индукционных генераторах. Генератор состоит из двух основных частей подвижной и неподвижной.

Неподвижная часть называется статором, а подвижная ротором. Статор представляет собой большой цилиндр, в котором проложены толстые медные провода. Внутри статора вращается ротор, который представляет собой большой магнит, чаще всего это электромагнит. При вращении ротора меняется создаваемое им магнитное поле, и магнитный поток, пронизывающий провода, изменяется. При этом магнит оказывается попеременно повернутым к контуру то одним, то другим полюсом, вследствие чего создаваемый ток периодически меняет свое направление.

Для вращения ротора используют механическую энергию. Это может быть или тепловая энергия, как например, на дизельных и угольных электростанциях, либо же энергия воды и ветра, как например, на гидроэлектростанциях и ветряках. Так механическая энергия преобразуется в электрическую и подается потребителю.

Нетрудно догадаться, что получение электричества с помощью воды и ветра является намного более выгодным делом, чем, если на это приходится тратить топливо. К тому же такой процесс экологически намного чище. Поэтому задачей человека в наше время является максимальный переход на получение электроэнергии от возобновляемых источников.

Это поможет как снизить стоимость электричества для конкретного потребителя, то есть для нас с вами, так и сохранить природную чистоту. Такая потребность становится все более очевидной в последнее время.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Явление электромагнитной индукции: опыт Фарадея, выводы
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭлектромагнитное поле: меняющиеся магнитные и электрические поля

Термины и определения — Э л е к т р о М а с т е р

Электричество (от греч. Elektron — янтарь) — это совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение и взаимодействия (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц.

Электрический ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов, ионов и др. Условно за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов.

Переменный ток – это электрический ток, изменяющийся во времени.

Постоянный ток — это электрический ток, не изменяющийся во времени.

Электрическое напряжение – разность потенциалов между крайними точками участка электрической цепи.

Электрические аппараты – устройства, применяемые для включения, отключения и защиты электроприемников или участков линий.

Электрическая схема — это графическое изображение электрических цепей  электронных, электро- или радиотехнических устройств, на котором условными  обозначениями показаны элементы данного устройства и соединения между ними.

Электрическая цепь — это совокупность различных устройств и соединяющих их  проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может  протекать электрический ток.

Электрический трансформатор — устройство, предназначенное для снижения тока первичной линии до значения при котором целесообразно осуществлять питание каких либо устройств, приборов, оборудования.

Мощность электрическая — это работа электрического тока в единицу времени. В  цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В  цепи переменного тока различают полную мощность, активную мощность,  реактивную мощность.

Провод электрический — это не изолированный или изолированный проводник  электрического тока, состоящий из 1 (одножильный провод) или нескольких  (многожильный провод) проволок (чаще всего медных, алюминиевых или,  значительно реже, стальных). Провода используют при сооружении линий  электропередач (ЛЭП), изготовлении обмоток электрических машин, монтаже  радиоаппаратуры, в устройствах связи и т. д.

Кабель (от нидерл. kabel — канат — трос) электрический — это один или несколько  изолированных проводников (токопроводящих жил), заключенных в защитную  (обычно герметичную) оболочку.

Энергосберегающие лампы — это аналог офисных «трубок дневного света». В принципе это та же трубка, свернутая в спираль или змейку, и наполненная парами ртути. На стенки трубки нанесен люминофор. Пары ртути под действием электрического разряда начинают излучать ультрафиолетовые лучи, а те в свою очередь заставляют нанесенный на стенки трубки люминофор излучать свет. В цоколь лампы помещается ЭПРА (электронная пускорегулирующая аппаратура), которая обеспечивает старт такой лампы (в офисных светильниках ЭПРА обычно помещается в сам плафон).

Лампа накаливания — это источник света с излучателем в виде проволоки (нити  или спирали) из тугоплавкого металла (обычно W), накаливаемой  электрическим током до температуры 2500-3300 К. Световая отдача лампы  накаливания 10-35 лм/Вт; Изобретена в 1872 А.  Н. Лодыгиным, усовершенствована Т. А. Эдисоном в 1879.

Галогенная лампа — это лампа накаливания, в состав газовой смеси которой кроме  инертного газа входят галогены (обычно иод или бром). При одинаковых с  обычной лампой накаливания мощности и сроке службы имеет меньшие размеры,  большую световую отдачу и лучшую стабильность светового потока.

Проводники — это вещества, хорошо проводящие электрический ток благодаря  наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц (в рассматриваемом случае – металлы). Человеческое тело также является проводником – так как содержит значительное количество воды.

Диэлектрики — это вещества, плохо проводящие электрический ток. Существуют твердые, жидкие и  газообразные диэлектрики. В электротехнике применяются при изготовлении корпусов приборов – в частности, из пластмасс, керамики. Дерево также плохо проводит электричество – но только в сухом состоянии, под воздействием влаги дерево становится проводником. Кроме того, в качестве изолятора используется резина.

Низковольтное оборудование – это совокупность источников и потребителей электроэнергии, аппаратов и приборов в электрических цепях, напряжение в которых не превышает 1000 В.

Активная, реактивная, полная мощность
Активная мощность – это физически представляет собой энергию, которая выделяется в единицу времени в виде теплоты на участке цепи в сопротивлении (нагрузке) R.
Реактивная мощность – это энергия, которой обмениваются между собой генератор и приемник переменного тока в электрической цепи. Она пропорциональна среднему (за 1/4 периода переменного тока) значению энергии, которая отдается источником питания на создание переменной составляющей электрического и магнитного поля индуктивной катушки и конденсатора.
Полная мощность – это та мощность, которую источник переменного тока может отдавать потребителю, если последний работает при cosф = 1 (т.е. если потребитель представляет собой чисто активное сопротивление).

Ток замыкания (утечки) на землю (дифференциальный ток) – это ток, утекающий на землю при ухудшении свойств (сопротивления) изоляции (оболочки) в электрической цепи.
Величина тока замыкания на землю недостаточна для срабатывания защиты от токов короткого замыкания, поэтому для обеспечения безопасности в электрических цепях применяются выключатели дифференциального тока ВДТ (устройства защитного отключения УЗО). Измеряется, как правило, в мА.

Ток короткого замыкания — это соединение токоведущих частей разных фаз или потенциалов между собой напрямую или на корпус оборудования, соединенный с землей, в сетях электроснабжения или в электроприемниках. При соединении токоведущих частей таким образом сопротивление цепи становится близким к нулю, что приводит к увеличению тока в цепи до недопустимо больших величин. Для защиты от токов короткого замыкания применяются автоматические выключатели и/или плавкие предохранители (вставки). Измеряется, как правило, в кА.

Ток перегрузки – это ток, незначительно превышающий номинальный рабочий ток для данного потребителя, который достаточно долгое время протекает в электрической цепи. Длительное воздействие тока перегрузки приводит к перегреву токонесущих элементов потребителя, что, в свою очередь, грозит потребителю выходом из строя. Для защиты от токов перегрузки используются автоматические выключатели с тепловым расцепителем и тепловые реле. Измеряется в А.

Отключающая способность (коммутационная способность) – это способность электрического аппарата выдерживать ток короткого замыкания без дальнейшей потери работоспособности. Измеряется, как правило, в А и кА, на защитных устройствах обозначается как число в прямоугольной рамке.

Тип кривой отключения (токовременная характеристика) – это зависимость времени срабатывания защитного устройства от тока, протекающего в электрической цепи.

Ампер (Адоля ампе) – единица силы электрического тока; миллиампер (mA) –1/1000 ра.
Ватт (Вт, W) – единица мощности;  киловатт (1 кВт) — 1000 Вт.
Вольт (В,V) – единица электрического напряжения.
Люмен (лм, lm) – единица светового потока.
ОМ (Ом) – единица электрического сопротивления; сопротивление проводника,  между концами которого при силе тока 1А возникает напряжение 1В.

---

ФОРМУЛЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ:

а) Закон Ома

Закон Ома для участка цепи постоянного тока устанавливает связь между током и напряжением на этом участке:
Закон Ома для участка цепи постоянного тока:     U = I * R ,
где     U— напряжение на участке цепи, В,
I— сила тока на этом участке, А,
R — сопротивление участка цепи, Ом.

Формула зависимости сопротивления проводника от температуры:
Rt = Rt0 * [1 + a * (t — t0)] ,
где     Rt и Rt0 — сопротивления проводника соответственно при температурах t и t0. С,
а — температурный коэффициент сопротивления Ом/°С.

Однако закон Ома для переменного тока будет выглядеть по-другому, что связано с изменением полного сопротивления цепи, зависящего в этом случае от наличия в цепи индуктивности (магнитной катушки) и емкости (конденсатора):

Закон Ома при переменном токе:    U  = I * Z ,
где     I— сила тока, А,
Z — полное сопротивление, Ом:

б) Закон Кирхгофа

Все электрические цепи подчиняются первому и второму закону Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа: первая формулировка — алгебраическая сумма токов, подтекающих к любому узлу  электрической схемы, равна нулю. Вторая формулировка —  сумма токов подтекающих к любому узлу электрической схемы равна сумме токов, утекающих от узла.
согласно первой формулировке:
I1 – I2 – I3 – I4 = 0
согласно второй формулировке:
I1 = I2 + I3 + I4 ,
где     I1 — подтекающий к узлу ток,
I2, I3, I4 — утекающие от узла токи.

Второй закон Кирхгофа — алгебраическая сумма напряжений вдоль любого замкнутого контура равна нулю.

в) Мощность электрического тока

При прохождении электрического тока через сопротивление (нагрузку) совершается некоторая работа, на которую необходимо затратить энергию.
Количество энергии, затрачиваемой при работе потребителя, характеризуется мощностью электрического тока.
Формулы расчета мощности в цепях постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного тока различаются между собой:

Мощность постоянного тока, Вт:
Р = U * I

Электрический ток — Electric current

Поток электрического заряда

Электрический ток
Простая электрическая схема, где ток обозначается буквой i . Связь между напряжением (V), сопротивлением (R) и током (I) такова: V = IR; это известно как закон Ома .
Общие символы	я
Единица СИ	ампер
Производные от других величин	я знак равно V р , я знак равно Q т {\ displaystyle I = {V \ over R}, I = {Q \ over t}}
Измерение	я {\ displaystyle {\ mathsf {I}}}

Электрический ток представляет собой поток заряженных частиц , таких как электроны или ионы, движущиеся через электрический проводник или пространстве. Он измеряется как чистая скорость потока электрического заряда через поверхность или в контрольный объем . Движущиеся частицы называются носителями заряда , которые могут быть одним из нескольких типов частиц, в зависимости от проводника. В электрических цепях носителями заряда часто являются электроны, движущиеся по проводу . В полупроводниках они могут быть электронами или дырками . В электролите носителями заряда являются ионы , а в плазме , ионизированном газе, — ионы и электроны.

СИ единица электрического тока является ампер , или усилителя , который представляет собой поток электрического заряда по поверхности со скоростью одного кулона в секунду. Ампер (символ: A) — это базовая единица системы СИ. Электрический ток измеряется с помощью устройства, называемого амперметром .

Электрические токи создают магнитные поля , которые используются в двигателях, генераторах, индукторах и трансформаторах . В обычных проводниках они вызывают джоулев нагрев , который создает свет в лампах накаливания . Изменяющиеся во времени токи излучают электромагнитные волны , которые используются в телекоммуникациях для передачи информации.

Символ

Условным обозначением тока является I , которое происходит от французского выражения « интенсивность тока» (интенсивность тока). Сила тока часто обозначается просто как ток . Символ I был использован Андре-Мари Ампером , в честь которого названа единица электрического тока, при формулировании закона силы Ампера (1820 г.). Обозначения распространились из Франции в Великобританию, где они стали стандартом, хотя по крайней мере в одном журнале не переходили с C на I до 1896 года.

Соглашения

В проводящем материале движущиеся заряженные частицы, составляющие электрический ток, называются носителями заряда . В металлах, из которых состоят провода и другие проводники в большинстве электрических цепей , положительно заряженные атомные ядра атомов удерживаются в фиксированном положении, а отрицательно заряженные электроны являются носителями заряда, которые могут свободно перемещаться в металле. В других материалах, особенно в полупроводниках , носители заряда могут быть положительными или отрицательными, в зависимости от используемой легирующей примеси . Положительные и отрицательные носители заряда могут даже присутствовать одновременно, как это происходит в электролите в электрохимической ячейке .

Поток положительных зарядов дает такой же электрический ток и имеет тот же эффект в цепи, что и равный поток отрицательных зарядов в противоположном направлении. Поскольку ток может быть потоком либо положительных, либо отрицательных зарядов, либо обоих, необходимо соглашение о направлении тока, которое не зависит от типа носителей заряда . Направление обычного тока произвольно определяется как направление, в котором текут положительные заряды. Отрицательно заряженные носители, такие как электроны (носители заряда в металлических проводах и многих других компонентах электронных схем), поэтому текут в направлении, противоположном обычному течению тока в электрической цепи.

Справочное направление

Ток в проводе или элементе схемы может течь в любом из двух направлений. При определении переменной для представления текущего, то направление тока , представляющий положительный должен быть определен, как правило , с помощью стрелки на схему диаграммы схематическом . Это называется опорным направлением тока . При анализе электрических цепей фактическое направление тока через конкретный элемент цепи обычно неизвестно, пока анализ не будет завершен. Следовательно, эталонные направления токов часто назначаются произвольно. Когда решаются схема, отрицательное значение для тока означает фактическое направление тока через этот элемент схемы противоположено выбранное опорное направление. я {\ displaystyle I} я {\ displaystyle I}

Закон Ома

Закон Ома гласит , что ток через проводник между двумя точками прямо пропорциональна к разности потенциалов через две точки. Вводя константу пропорциональности, сопротивление , приходим к обычному математическому уравнению, описывающему эту взаимосвязь:

я знак равно V р {\ displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

где я это ток через проводник в единицах ампер , V представляет собой разность потенциалов измеряются по проводнику в единицах вольт , а R представляет собой сопротивление проводника в единицах Ом . Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом отношении постоянно, независимо от тока.

Переменный и постоянный ток

В системах переменного тока (AC) движение электрического заряда периодически меняет направление. Переменный ток — это форма электроэнергии, которая чаще всего подается на предприятия и в жилые дома. Обычная форма сигнала в цепи питания переменного тока представляет собой синусоидальную волну , хотя в некоторых приложениях используются альтернативные формы волны, такие как треугольные или прямоугольные волны . Аудио и радио Сигналы , передаваемые по электрическим проводам также примеры переменного тока. Важной целью в этих приложениях является восстановление информации, закодированной (или модулированной ) в сигнале переменного тока.

Напротив, постоянный ток (DC) относится к системе, в которой электрический заряд движется только в одном направлении (иногда это называется однонаправленным потоком). Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи , термопары , солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа динамо- типа. Переменный ток также можно преобразовать в постоянный с помощью выпрямителя . Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через полупроводники , изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках . Старое название для постоянного тока был гальванический ток .

Вхождения

Естественные наблюдаемые примеры электрического тока включают молнии , статический электрический разряд и солнечный ветер , источник полярных сияний .

Искусственные явления электрического тока включают поток электронов проводимости в металлических проводах, таких как воздушные линии электропередач, которые доставляют электроэнергию на большие расстояния, и более мелкие провода в электрическом и электронном оборудовании. Вихревые токи — это электрические токи, возникающие в проводниках, подверженных воздействию изменяющихся магнитных полей. {2} R}

Эта связь известна как закон Джоуля . Единица СИ из энергии был впоследствии назван джоуль и обозначается символом J . Общеизвестная единица измерения мощности в системе СИ, ватт (обозначение: Вт), эквивалентна одному джоулю в секунду.

Электромагнетизм

Электромагнит

Магнитное поле создается электрическим током в соленоиде .

В электромагните катушка проводов ведет себя как магнит, когда через нее протекает электрический ток. Когда ток отключается, катушка сразу теряет свой магнетизм. Электрический ток создает магнитное поле . Магнитное поле можно визуализировать как узор из круговых силовых линий, окружающих провод, которые сохраняются, пока есть ток.

Электромагнитная индукция

Через соленоид протекает переменный электрический ток, создавая изменяющееся магнитное поле. Это поле заставляет электрический ток течь в проволочной петле за счет электромагнитной индукции .

Магнитные поля также могут быть использованы для создания электрического тока. Когда к проводнику прикладывается изменяющееся магнитное поле, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), которая запускает электрический ток, когда есть подходящий путь.

Радиоволны

Когда электрический ток течет в проводнике подходящей формы на радиочастотах , могут генерироваться радиоволны . Они движутся со скоростью света и могут вызывать электрические токи в далеких проводниках.

Механизмы проведения в различных средах

В металлических твердых телах электрический заряд перемещается с помощью электронов от более низкого электрического потенциала к более высокому . В других средах любой поток заряженных объектов (например, ионов) может составлять электрический ток. Чтобы обеспечить определение тока независимо от типа носителей заряда, обычный ток определяется как движущийся в том же направлении, что и поток положительного заряда. Итак, в металлах, где носители заряда (электроны) отрицательны, обычный ток имеет направление, противоположное общему движению электронов. В проводниках с положительными носителями заряда обычный ток направлен в том же направлении, что и носители заряда.

В вакууме может образовываться пучок ионов или электронов. В других проводящих материалах электрический ток возникает из-за одновременного прохождения как положительно, так и отрицательно заряженных частиц. В третьих, ток полностью обусловлен потоком положительного заряда . Например, электрические токи в электролитах представляют собой потоки положительно и отрицательно заряженных ионов. В обычном свинцово-кислотном электрохимическом элементе электрические токи состоят из положительных ионов гидроксония , текущих в одном направлении, и отрицательных ионов сульфата, текущих в другом. Электрические токи в искрах или плазме — это потоки электронов, а также положительных и отрицательных ионов. Во льду и в некоторых твердых электролитах электрический ток полностью состоит из протекающих ионов.

Металлы

В металле некоторые внешние электроны в каждом атоме не связаны с отдельными молекулами, как в молекулярных твердых телах , или целыми полосами, как в изоляционных материалах, но могут свободно перемещаться внутри металлической решетки . Эти электроны проводимости могут служить носителями заряда , переносящими ток. Металлы обладают особой проводимостью, потому что таких свободных электронов много, обычно по одному на атом в решетке. Без приложения внешнего электрического поля эти электроны перемещаются случайным образом из-за тепловой энергии, но, в среднем, в металле отсутствует чистый ток. При комнатной температуре средняя скорость этих случайных движений составляет 10 ⁶ метров в секунду. Учитывая поверхность, через которую проходит металлический провод, электроны движутся в обоих направлениях по поверхности с одинаковой скоростью. Как писал Джордж Гамов в своей научно-популярной книге « Один, два, три … бесконечность» (1947 г.), «металлические вещества отличаются от всех других материалов тем, что внешние оболочки их атомов связаны довольно непрочно и часто позволяют один из их электронов высвобождается. Таким образом, внутренняя часть металла заполнена большим количеством непривязанных электронов, которые бесцельно перемещаются вокруг, как толпа перемещенных лиц. Когда металлический провод подвергается воздействию электрической силы, приложенной к его противоположным концам, эти свободные электроны устремляются в направлении силы, образуя то, что мы называем электрическим током ».

Когда металлический провод подключается к двум клеммам источника постоянного напряжения, такого как батарея , источник создает электрическое поле поперек проводника. Моментный контакт создается, и свободные электроны проводника под действием этого поля вынуждены дрейфовать к положительному выводу. Таким образом, свободные электроны являются носителями заряда в типичном твердом проводнике.

Для постоянного потока заряда через поверхность ток I (в амперах) можно рассчитать по следующему уравнению:

я знак равно Q т , {\ Displaystyle I = {Q \ над t} \ ,,}

где Q — электрический заряд, переносимый через поверхность за время t . Если Q и t измеряются в кулонах и секундах соответственно, I выражается в амперах.

В более общем смысле электрический ток можно представить как скорость, с которой заряд протекает через данную поверхность, как:

я знак равно d Q d т . {\ displaystyle I = {\ frac {\ mathrm {d} Q} {\ mathrm {d} t}} \ ,.}

Электролиты

Электрические токи в электролитах — это потоки электрически заряженных частиц ( ионов ). Например, если к раствору Na ⁺ и Cl ^— приложить электрическое поле (и условия подходящие), ионы натрия движутся к отрицательному электроду (катоду), а ионы хлора движутся к положительному электроду (аноду). Реакции происходят на обеих поверхностях электродов, нейтрализуя каждый ион.

Водяной лед и определенные твердые электролиты, называемые протонными проводниками, содержат положительные ионы водорода (« протоны »), которые подвижны. В этих материалах электрические токи состоят из движущихся протонов, в отличие от движущихся электронов в металлах.

В некоторых смесях электролитов ярко окрашенные ионы являются движущимися электрическими зарядами. Медленное изменение цвета делает текущий видимым.

Газы и плазма

В воздухе и других обычных газах, находящихся ниже поля пробоя, преобладающим источником электропроводности является относительно небольшое количество подвижных ионов, производимых радиоактивными газами, ультрафиолетовым светом или космическими лучами. Поскольку электропроводность низкая, газы являются диэлектриками или изоляторами . Однако, как только приложенное электрическое поле приближается к значению пробоя , свободные электроны становятся достаточно ускоренными электрическим полем для создания дополнительных свободных электронов путем столкновения и ионизации нейтральных атомов или молекул газа в процессе, называемом лавинным пробоем . В процессе пробоя образуется плазма, которая содержит достаточно подвижных электронов и положительных ионов, чтобы сделать ее электрическим проводником. В процессе он образует светоизлучающий проводящий путь, такой как искра , дуга или молния .

Плазма — это состояние вещества, при котором некоторые электроны в газе оторваны или «ионизируются» своими молекулами или атомами. Плазма может быть образована при высокой температуре или при приложении сильного электрического или переменного магнитного поля, как указано выше. Из-за своей меньшей массы электроны в плазме ускоряются быстрее в ответ на электрическое поле, чем более тяжелые положительные ионы, и, следовательно, переносят основную часть тока. Свободные ионы рекомбинируют, чтобы создать новые химические соединения (например, расщепляя атмосферный кислород на один кислород [O ₂ → 2O], который затем рекомбинирует с образованием озона [O ₃ ]).

Вакуум

Поскольку « идеальный вакуум » не содержит заряженных частиц, он обычно ведет себя как идеальный изолятор. Однако поверхности металлических электродов могут привести к тому, что область вакуума станет проводящей, инжектируя свободные электроны или ионы посредством автоэлектронной эмиссии или термоэлектронной эмиссии . Термоэлектронная излучение возникает , когда тепловая энергия превышает металл функцию работы , в то время как полевая эмиссия электронов имеет место , когда электрическое поле на поверхности металла достаточно высоко , чтобы вызвать туннелирование , что приводит к выбросу свободных электронов из металла в вакуум. Внешне подогрев электроды часто используются для создания электронного облака как в нити или косвенно нагревают катод из вакуумных трубок . Холодные электроды также могут самопроизвольно создавать электронные облака посредством термоэлектронной эмиссии, когда образуются небольшие области накаливания (называемые катодными пятнами или анодными пятнами ). Это раскаленные области поверхности электрода, которые создаются локализованным сильным током. Эти области могут быть инициированы автоэлектронной эмиссией , но затем поддерживаются локальной термоэлектронной эмиссией после образования вакуумной дуги . Эти небольшие области, излучающие электроны, могут образовываться довольно быстро, даже со взрывом, на поверхности металла, подвергающейся воздействию сильного электрического поля. Вакуумные лампы и спритроны являются одними из электронных переключающих и усилительных устройств, основанных на вакуумной проводимости.

Сверхпроводимость

Сверхпроводимость — это явление точно нулевого электрического сопротивления и вытеснения магнитных полей, возникающих в некоторых материалах при охлаждении ниже характерной критической температуры . Он был обнаружен Хайке Камерлинг-Оннесом 8 апреля 1911 года в Лейдене . Подобно ферромагнетизму и атомным спектральным линиям , сверхпроводимость — это квантово-механическое явление. Он характеризуется эффектом Мейснера , полным выбросом силовых линий магнитного поля из внутренней части сверхпроводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. Возникновение эффекта Мейснера указывает на то, что сверхпроводимость нельзя понимать просто как идеализацию идеальной проводимости в классической физике .

Полупроводник

В полупроводнике иногда полезно думать о токе, как о потоке положительных « дырок » (подвижных носителей положительного заряда, которые являются местами, где в кристалле полупроводника отсутствует валентный электрон). Так обстоит дело с полупроводником p-типа. Полупроводник имеет промежуточную по величине электрическую проводимость между проводником и изолятором . Это означает проводимость примерно в диапазоне от 10 ^-2 до 10 ⁴ сименс на сантиметр (См-см ^-1 ).

В классических кристаллических полупроводниках электроны могут иметь энергию только в определенных диапазонах (т.е. диапазонах уровней энергии). Энергетически эти зоны расположены между энергией основного состояния, состояния, в котором электроны прочно связаны с атомными ядрами материала, и энергией свободного электрона, последняя описывает энергию, необходимую для того, чтобы электрон полностью покинул среду. материал. Каждая энергетическая зона соответствует множеству дискретных квантовых состояний электронов, и большинство состояний с низкой энергией (ближе к ядру) занято, вплоть до определенной зоны, называемой валентной зоной . Полупроводники и изоляторы отличаются от металлов, потому что валентная зона в любом конкретном металле почти заполнена электронами в обычных рабочих условиях, в то время как их очень мало (полупроводник) или практически нет (изолятор) из них доступны в зоне проводимости , зона непосредственно выше валентная зона.

Легкость возбуждения электронов в полупроводнике из валентной зоны в зону проводимости зависит от ширины запрещенной зоны между зонами. Размер этой запрещенной зоны служит произвольной разделительной линией (примерно 4 эВ ) между полупроводниками и изоляторами .

В случае ковалентных связей электрон перескакивает на соседнюю связь. Принцип исключения Паули требует, чтобы электрон перешел в более высокое антисвязывающее состояние этой связи. Для делокализованных состояний, например, в одном измерении, то есть в нанопроволоке , для каждой энергии существует состояние, в котором электроны текут в одном направлении, и другое состояние, в котором электроны текут в другом. Для протекания чистого тока в одном направлении должно быть занято больше состояний, чем в другом. Для этого требуется энергия, так как в полупроводнике следующие более высокие состояния лежат выше запрещенной зоны. Часто об этом говорят так: полные полосы не влияют на электрическую проводимость . Однако, когда температура полупроводника поднимается выше абсолютного нуля , в полупроводнике появляется больше энергии, которая тратится на колебания решетки и на возбуждение электронов в зоне проводимости. Электроны с током в зоне проводимости известны как свободные электроны , хотя их часто называют просто электронами, если это понятно из контекста.

Плотность тока и закон Ома

Плотность тока — это скорость, с которой заряд проходит через выбранную единицу площади. Он определяется как вектор , величина которого представляет собой ток на единицу площади поперечного сечения. Как уже обсуждалось в ссылочном направлении , направление является произвольным. Обычно, если движущиеся заряды положительны, то плотность тока имеет тот же знак, что и скорость зарядов. Для отрицательных зарядов знак плотности тока противоположен скорости заряда. В единицах СИ плотность тока (символ: j) выражается в основных единицах СИ — амперах на квадратный метр.

В линейных материалах, таких как металлы, и при низких частотах плотность тока на поверхности проводника одинакова. В таких условиях закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален разности потенциалов между двумя концами (поперек) этого металлического (идеального) резистора (или другого омического устройства ):

я знак равно V р , {\ Displaystyle I = {V \ над R} \ ,,}

где — ток, измеренный в амперах; — разность потенциалов , измеренная в вольтах ; и — сопротивление , измеренное в Ом . Для переменных токов , особенно на более высоких частотах, скин-эффект вызывает неравномерное распространение тока по поперечному сечению проводника с более высокой плотностью у поверхности, что увеличивает кажущееся сопротивление. я {\ displaystyle I} V {\ displaystyle V} р {\ displaystyle R}

Скорость дрейфа

Подвижные заряженные частицы внутри проводника постоянно движутся в случайных направлениях, как частицы газа . (Точнее, ферми-газ .) Чтобы создать чистый поток заряда, частицы также должны двигаться вместе со средней скоростью дрейфа. Электроны являются носителями заряда в большинстве металлов, и они движутся по беспорядочной траектории, отскакивая от атома к атому, но обычно дрейфуя в направлении, противоположном электрическому полю. Скорость, с которой они дрейфуют, можно рассчитать по уравнению:

я знак равно п А v Q , {\ Displaystyle I = nAvQ \ ,,}

куда

я {\ displaystyle I} электрический ток

п {\ displaystyle n} количество заряженных частиц в единице объема (или плотность носителей заряда)

А {\ displaystyle A} площадь поперечного сечения проводника

v {\ displaystyle v} — скорость дрейфа , а

Q {\ displaystyle Q} — заряд каждой частицы.

Обычно электрические заряды в твердых телах текут медленно. Например, в медном проводе сечением 0,5 мм ² , по которому течет ток 5 А, скорость дрейфа электронов составляет порядка миллиметра в секунду. Возьмем другой пример: в почти вакууме внутри электронно-лучевой трубки электроны движутся почти по прямым линиям со скоростью примерно в одну десятую скорости света .

Любой ускоряющий электрический заряд и, следовательно, любое изменение электрического тока порождает электромагнитную волну, которая распространяется с очень высокой скоростью за пределы поверхности проводника. Эта скорость обычно составляет значительную часть скорости света, как можно вывести из уравнений Максвелла , и поэтому во много раз превышает скорость дрейфа электронов. Например, в линиях электропередач переменного тока волны электромагнитной энергии распространяются через пространство между проводами, перемещаясь от источника к удаленной нагрузке , даже если электроны в проводах перемещаются вперед и назад только на небольшое расстояние.

Отношение скорости электромагнитной волны к скорости света в свободном пространстве называется коэффициентом скорости и зависит от электромагнитных свойств проводника и окружающих его изоляционных материалов, а также от их формы и размера.

Величины (не природа) этих трех скоростей можно проиллюстрировать аналогией с тремя аналогичными скоростями, связанными с газами. (См. Также аналогию с гидравликой .)

• Малая скорость дрейфа носителей заряда аналогична движению воздуха; другими словами, ветры.
• Высокая скорость электромагнитных волн примерно аналогична скорости звука в газе (звуковые волны движутся по воздуху намного быстрее, чем крупномасштабные движения, такие как конвекция ).
• Беспорядочное движение зарядов аналогично теплу — тепловой скорости случайно колеблющихся частиц газа.

Смотрите также

Найдите значение силы тока в Викисловаре, бесплатном словаре.

Примечания

Рекомендации

Электричество переменного тока, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (редакция 13 февраля 2016 г.)

Электроэнергия переменного тока — это тип электричества, обычно используемый в домах и на предприятиях по всему миру.

В то время как электричество постоянного тока (DC) течет в одном направлении по проводу, электричество переменного тока меняет свое направление в возвратно-поступательном движении.Направление меняется от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от электросистемы страны.

Электричество переменного тока создается генератором переменного тока, который определяет частоту.

Особенностью электричества переменного тока является то, что напряжение можно легко изменить, что делает его более подходящим для передачи на большие расстояния, чем электричество постоянного тока. Но также, переменный ток может использовать конденсаторы и катушки индуктивности в электронных схемах, что позволяет использовать их в широком диапазоне.

Примечание : Обычно мы говорим «AC , электричество» , а не просто «AC», поскольку это также сокращение для обозначения кондиционирования воздуха. Чтобы избежать недоразумений, нужно быть точным в науке.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• В чем разница между электричеством переменного и постоянного тока?
• Почему мы используем переменный ток вместо постоянного тока?
• Каковы преимущества электроэнергии переменного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Разница между электричеством переменного и постоянного тока

Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд. Поскольку противоположные заряды притягиваются, они будут двигаться к области, состоящей из положительных (+) зарядов. Это движение облегчается в электрическом проводнике, таком как металлический провод.

Электроны движутся прямо с электричеством постоянного тока

При использовании электричества постоянного тока подключение провода от отрицательной (-) клеммы батареи к положительной (+) клемме заставит отрицательно заряженные электроны устремиться через провод к положительно заряженной стороне.То же самое происходит с генератором постоянного тока, где движение спирального провода через магнитное поле выталкивает электроны из одного вывода и притягивает электроны к другому выводу.

Переменные направления электронов в переменном токе

В случае генератора переменного тока несколько иная конфигурация чередует двухтактное соединение каждой клеммы генератора. Таким образом, электричество в проводе ненадолго движется в одном направлении, а затем меняет свое направление на противоположное, когда якорь генератора находится в другом положении.

Эта иллюстрация дает представление о том, как электроны движутся по проводу в электричестве переменного тока. Конечно, оба конца провода идут к генератору переменного тока или источнику питания.

Извините, для использования этой Flash-анимации у вас должен быть активирован JavaScript.

Переменное движение электронов в проводе

Заряд на концах провода чередуется с отрицательного (-) и положительного (+). Если заряд отрицательный (-), это отталкивает отрицательно заряженные электроны от этого вывода.Если заряд положительный (+), электроны притягиваются в этом направлении.

Скорость изменения

Электроэнергия переменного тока попеременно меняет направление 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы страны. Это называется частотой и обозначается как 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).

(Дополнительную информацию см. В разделе «Напряжения и частоты переменного тока во всем мире».)

Лампочки

Многие электрические устройства, такие как лампочки, требуют только движения электронов.Их не волнует, текут ли электроны по проводу или просто движутся туда-сюда. Таким образом, электрическая лампочка может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

AC периодический ход

Регулярное возвратно-поступательное движение электронов в проводе при питании от электричества переменного тока представляет собой периодическое движение, подобное движению маятника.

(Для получения дополнительной информации см. Периодическое движение и Маятник.)

Из-за этого периодического движения электронов напряжение и ток имеют синусоидальную форму, чередующуюся между положительным (+) и отрицательным (-), при измерении с помощью вольтметра или мультиметра.

Форма волны изменяется от положительной до отрицательной во времени

Скорость прохождения пиков напряжения или тока через заданную точку — это частота переменного тока.

Преимущества переменного тока

Есть явные преимущества переменного тока перед электричеством постоянного тока. Способность легко преобразовывать напряжения — основная причина, по которой мы используем в наших домах переменный ток вместо постоянного.

Трансформирующие напряжения

Основное преимущество переменного тока перед электричеством постоянного тока состоит в том, что напряжения переменного тока могут быть легко преобразованы в более высокие или более низкие уровни напряжения, в то время как это трудно сделать с напряжениями постоянного тока.

Поскольку высокие напряжения более эффективны для передачи электричества на большие расстояния, электричество переменного тока имеет преимущество перед постоянным током. Это связано с тем, что высокое напряжение от электростанции можно легко снизить до более безопасного напряжения для использования в доме.

Изменение напряжения осуществляется с помощью трансформатора . Это устройство использует свойства электромагнитов переменного тока для изменения напряжений.

(Дополнительную информацию см. В разделе «Трансформаторы переменного тока».)

Схема настройки

Электроэнергия переменного тока

также позволяет использовать конденсатор и индуктор в электрической или электронной цепи.Эти устройства могут влиять на то, как переменный ток проходит через цепь. Они эффективны только с электричеством переменного тока.

Комбинация конденсатора, катушки индуктивности и резистора используется в качестве тюнера в радиоприемниках и телевизорах. Без этих устройств настройка на разные станции была бы очень сложной.

Сводка

Обычно мы используем электричество переменного тока для питания наших телевизоров, светильников и компьютеров. В электричестве переменного тока ток меняется по направлению. Было доказано, что электричество переменного тока лучше для снабжения электроэнергией, чем постоянный ток, в первую очередь потому, что напряжения можно преобразовывать.AC также позволяет использовать другие устройства, открывая широкий спектр приложений.

---

Электрифицировать общество, применяя свои научные знания

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Elements of AC Electricity — Учебный сайт по основам электроники

Переменный ток — Обзор AC

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги по основам электричества с самым высоким рейтингом

Книги по электричеству переменного тока с самым высоким рейтингом

SciLinks

Этот урок выбран программой SciLinks, службой Национальной ассоциации преподавателей естественных наук.

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/ac.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Электричество переменного тока (AC)

---

Постоянный и переменный электрический ток по сравнению с

У нас есть постоянный и переменный электрический ток, благодаря Эдисону и Вестингаузу, конкурирующим за место в развивающейся электроэнергетической отрасли.Их война течений 1880-х и 1890-х годов окончена. Конкурсанты давно ушли отдыхать, но мы по-прежнему благодарим их за внесенный ими вклад. Однако различие сохраняется в переменном сетевом электричестве и постоянном токе батареи. Чтобы завершить эту серию по основам электротехники, давайте сравним две формы.

Электрический ток постоянного и переменного тока: основные отличия

Постоянный ток (DC) протекает упорядоченно и однонаправленно, как школьники, идущие по тротуару в строю крокодилов.Это гибкая форма энергии, способная протекать через батареи, проводники, полупроводники, керамические изоляторы и даже вакуумные ионные пучки.

Виды тока: Журекс: общественное достояние

С другой стороны, переменный ток (AC) периодически меняет направление. Электрораспределительная отрасль использует его в первую очередь потому, что эту часть войны токов выиграла компания Gorge Westinghouse.

Однако постоянный ток Эдисона восторжествовал в современной электронике, такой как компьютеры, телефоны и автомобильные системы.Ему бы это понравилось, потому что он всегда возился с гаджетами. В настоящее время постоянный и переменный электрический ток сосуществуют по обе стороны от выпрямителей и трансформаторов.

Переключение между постоянным и переменным электрическим током

Регулярно преобразуем постоянный и переменный электрический ток в переменный. Мы можем преобразовать постоянный ток в переменный с помощью инвертора, например, для подачи энергии аккумуляторной батареи в сеть. И наоборот, мы можем заряжать аккумуляторы от сети, предварительно пропустив ее через выпрямитель.В этом случае электронные элементы внутри устройства позволяют току течь только в одном направлении.

Линии передачи переменного тока: Пользователь: Staplegunther: CC 3.0

Преобразование тока таким образом поглощает часть энергии. Кроме того, инверторы и выпрямители дороги, особенно когда они используются на крупных заводах, таких как алюминиевые заводы. Жизнь могла бы быть проще, если бы у нас больше не было постоянного и переменного электрического тока, существующих бок о бок. Однако корыстные интересы и затраты на конвертацию, скорее всего, надолго помешают этому.

Связанные

Как на самом деле работает электрическая цепь?

Перемычка между постоянным и переменным током

Изображение для предварительного просмотра: War Of Currents — Прокладка «трубок» постоянного тока

ЧЕРЕДОВАНИЕ

ПЕРЕМЕННЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК И НАПРЯЖЕНИЕ

Переменный ток в значительной степени заменил постоянный ток в коммерческих энергосистемы по ряду причин. Может передаваться долго дистанции легче и экономичнее, чем при постоянном токе, так как Напряжение переменного тока может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформаторов.

Поскольку все больше и больше единиц эксплуатируются в самолетах с электроприводом, требования к мощности таковы, что можно реализовать ряд преимуществ используя ac. Можно сэкономить место и вес, поскольку устройства переменного тока, особенно двигатели меньше и проще устройств постоянного тока. В большинстве двигателей переменного тока нет щеток требуются, и проблемы с коммутацией на большой высоте устраняются. Схема выключатели будут удовлетворительно работать под нагрузкой на больших высотах в в системе переменного тока, в то время как искрение в системах постоянного тока настолько сильное, что автоматические выключатели необходимо часто заменять.Наконец, большинство самолетов, использующих 24 В постоянного тока система имеет специальное оборудование, которое требует определенного количества 400 циклов переменный ток.

Сравнение переменного и постоянного тока

Многие принципы, характеристики и эффекты чередования ток аналогичен постоянному току. Точно так же есть количество различий, которые будут объяснены позже. Постоянный ток течет постоянно только в одном направлении с постоянной полярностью. Он меняет только величину когда цепь разомкнута или замкнута, как показано в форме волны постоянного тока на рисунке 8-160.Переменный ток через равные промежутки времени меняет направление, увеличивается в стоимости с определенной скоростью от нуля до максимальной положительной силы, и уменьшается до нуля; затем он течет в обратном направлении, аналогично увеличивается до максимального отрицательного значения и снова уменьшается до нуля. ОКРУГ КОЛУМБИЯ и формы переменного тока сравниваются на рис. 8-160.

Поскольку переменный ток постоянно меняет направление и силу, В цепях переменного тока имеют место два эффекта, которых нет в цепях постоянного тока.Это индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление. Оба обсуждаются далее в этой главе.

Принципы работы генератора

После обнаружения электрического тока, протекающего по проводнику создает магнитное поле вокруг проводника, что было значительным научным предположение о том, может ли магнитное поле создать ток в дирижере. В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей продемонстрировал это могло быть выполнено.Это открытие является основанием для операции генератора, что ознаменовало начало эры электричества.

Чтобы показать, как электрический ток может быть создан магнитным полем, демонстрация, аналогичная показанной на рисунке 8-161 можно использовать. Намотано несколько витков проводника. цилиндрической формы, а концы проводника соединены между собой для формирования полной схемы, включающей гальванометр. Если простой бар магнит погружен в цилиндр, гальванометр можно наблюдать отклоняться в одном направлении от своего нулевого (центрального) положения (A на рисунке 8-161).

Когда магнит находится в состоянии покоя внутри цилиндра, гальванометр показывает нулевое значение, указывающее на отсутствие тока (B на рисунке 8-161).

В C на рисунке 8-161 гальванометр указывает ток течет в противоположном направлении, когда магнит вытаскивают из цилиндр.

Те же результаты можно получить, удерживая магнит в неподвижном состоянии и перемещая цилиндр над магнитом, показывая, что ток течет, когда между катушкой и магнитным полем происходит относительное движение.Эти результаты подчиняются закону, впервые сформулированному немецким ученым Генрихом. Ленц. Закон Ленца гласит, что индуцированный ток, вызванный относительной движение проводника и магнитное поле всегда течет в таком направлении что его магнитное поле противодействует движению.

Когда проводник перемещается в магнитном поле, как показано на рисунке 8-162, в проводнике индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).В направление (полярность) наведенной ЭДС. определяется магнитным силовые линии и направление, в котором проводник перемещается через магнитный поле. Правило левой руки генератора (не путать с правилом левой руки). правила, используемые с катушкой) можно использовать для определения направления индуцированного ЭДС, как показано на рисунке 8-163. Первый палец левой руки направлен в направлении магнитных силовых линий (с севера на юг) большой палец направлен в направлении движения проводник через магнитное поле, а второй палец указывает в направлении индуцированной эл.м.ф. Когда два из этих трех факторов известны, третий может быть определен с помощью этого правила.

Когда проводник контура вращается в магнитном поле (см. рисунок 8-164), напряжение индуцируется на каждой стороне контура. Две стороны разрезают магнитное поле в противоположных направлениях, и хотя ток поток непрерывен, он движется в противоположных направлениях по отношению к две стороны петли. Если стороны A и B и петля повернуты на половину поворота и стороны проводника поменялись местами, индуцированное е.м.ф. в каждой проволоке меняет направление на противоположное, так как проволока, ранее режущая силовые линии, направленные вверх, теперь движутся вниз. Величина наведенной э.д.с. зависит от трех факторов: (1) Количество проводов, проходящих через магнитное поле. (2) Напряженность магнитного поля. (3) Скорость вращения.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока называются генераторами переменного тока. или генераторы.

Простой генератор, показанный на рисунке 8-165, составляет один из методов генерации переменного напряжения. Он состоит из вращающегося петля, обозначенная A и B, помещенная между двумя магнитными полюсами N и S. Концы петли соединены с двумя металлическими контактными кольцами (коллекторными кольцами), С1 и C2. Ток снимается с колец коллектора щетками. Если петля рассматривается как отдельные провода A и B, а правило левой руки для генераторов (не путать с правилом левой руки для катушек), затем можно заметить, что когда провод А движется вверх по полю, напряжение индуцируется, что заставляет ток течь внутрь.Когда провод B движется вниз через поле индуцируется напряжение, которое заставляет ток течь наружу. Когда провода образуют петлю, напряжения, индуцируемые в две стороны петли совмещены. Поэтому для пояснительных целей действие любого проводника, A или B, при вращении в магнитном поле аналогично действию цикла.

Рисунок 8-166 иллюстрирует генерацию чередующихся ток с помощью простого петлевого проводника, вращающегося в магнитном поле.Как это вращается против часовой стрелки, меняя значения напряжений индуцируются в нем. В позиции 1 проводник А движется параллельно линиям силы. Поскольку он не перерезает силовые линии, индуцированное напряжение равно нулю. Когда проводник продвигается из положения 1 в положение 2, индуцированное напряжение постепенно увеличивается. В точке 2 проводник движется перпендикулярно потоку и прорезает максимальное количество силовых линий; поэтому максимальное напряжение индуцируется. По мере того, как проводник выходит за пределы 2, он сокращает уменьшающуюся величину потока в каждый момент, и индуцированное напряжение уменьшается.В 3 года проводник сделал половину оборота и снова движется параллельно линиям силы, и в проводнике не возникает напряжения.

Когда проводник А проходит позицию 3, направление индуцированного напряжения меняется на противоположное, так как проводник теперь движется вниз, разрезая флюс в противоположное направление. По мере того, как проводник А движется через южный полюс, индуцированное напряжение постепенно увеличивается в отрицательном направлении, пока не достигнет положения 4 проводник снова движется перпендикулярно потоку и генерирует максимум отрицательное напряжение.От положения 4 до 5 наведенное напряжение постепенно уменьшается. пока напряжение не станет равным нулю, и проводник и волна не будут готовы к запуску другой цикл.

Кривая, показанная в позиции 5, называется синусоидальной волной. Он представляет собой полярность и величина мгновенных значений напряжений сгенерировано. Горизонтальная базовая линия делится на градусы или время и расстояние по вертикали выше или ниже базовой линии представляет значение напряжения в каждой конкретной точке вращения контура.

Цикл и частота

Когда напряжение или ток проходят через серию изменений, возвращается в исходную точку, а затем снова запускает ту же серию изменений, серия называется циклом. Цикл представлен символом волнистая линия по кругу. В цикле напряжения, показанном на рисунке 8-167, напряжение увеличивается от нуля до максимального положительного значения, уменьшается до нуля; затем увеличивается до максимального отрицательного значения, и снова уменьшается до нуля.На данный момент он готов пройти ту же серию изменений. В полном цикле есть два чередования, положительное чередование и отрицание. Каждый составляет половину цикла.

Вызывается количество раз, которое происходит каждый цикл за период времени. Частота. Частота электрического тока или напряжения указывает количество повторений цикла за 1 секунду.

В генераторе напряжение и ток проходят полный цикл значений каждый раз, когда катушка или проводник проходит под северным и южным полюс магнита.Количество циклов на каждый оборот катушки или проводник равен количеству пар полюсов. Тогда частота равно количеству циклов в одном обороте, умноженному на число оборотов в секунду. Выражаясь в форме уравнения,

где P / 2 — количество пар полюсов, а rpm / 60 — количество пар полюсов. оборотов в секунду. Если в 2-х полюсном генераторе проводник поворачивается при 3600 об / мин обороты в секунду

Поскольку имеется 2 полюса, P / 2 равно 1, а частота составляет 60 гц.В 4-х полюсный генератор с частотой вращения якоря 1800 об / мин, заменить в уравнение,

Помимо частотных и периодических характеристик, переменный напряжение и ток также имеют отношение, называемое «фазой». В цепи который питается (питается) от одного генератора, должна быть определенная фаза соотношение между напряжением и током, если цепь должна функционировать эффективно. В системе, питаемой от двух или более генераторов, не только должны существует определенное фазовое соотношение между напряжением и током одного генератора переменного тока, но между отдельными напряжения и индивидуальные токи.Также две отдельные цепи могут быть сравнивается путем сравнения фазовых характеристик одного с фазовыми характеристиками другого. Когда две или более синусоидальных волны проходят через 0 ° и 180 ° в в одно и то же время и одновременно достигают своих пиков, синфазное состояние существует, как показано на рисунке 8-168. Пиковые значения (величины) не имеют быть одинаковым для существования синфазного состояния.

Когда синусоидальные волны проходят через 0 ° и 180 ° в разное время и достигают своих пиков в разное время, существует противофазное состояние, как показано на рисунке 8-169.Сумма, которую двое синусоидальные волны не в фазе обозначается числом электрических градусов между соответствующими пиками на синусоидальных волнах. На рисунке 8-169 текущий и напряжение не совпадает по фазе на 30 °.

Значения переменного тока

Есть три значения переменного тока, которые должны считать. Они мгновенные, максимальные и эффективные. Мгновенный значение напряжения или тока — это индуцированное напряжение или ток, протекающий при в любой момент.Синусоидальная волна представляет собой серию этих значений. Мгновенный значение напряжения изменяется от нуля при 0 ° до максимального при 90 °, обратно до нуля на 180 °, до максимума в обратном направлении на 270 °, и снова до нуля на 360 °. Считается любая точка на синусоиде. мгновенное значение напряжения. Максимальное значение — это наибольшее мгновенное значение. Самый большой сингл положительное значение возникает, когда синусоидальная волна напряжения находится под углом 90 °, и наибольшее отрицательное значение происходит при 270 °.Эти называются максимальными значениями. Максимальное значение в 1,41 раза превышает эффективное значение. (См. Рисунок 8-170.)

Действующее значение переменного тока такое же, как и значение постоянного тока, который может производить такой же нагревательный эффект. Эффективный значение меньше максимального значения, равное 0,707 максимального значения ценить. Таким образом, значение 110 вольт, данное для подаваемого переменного тока. до домов всего 0.707 от максимального напряжения этого источника питания. Максимум напряжение составляет примерно 155 вольт (110 x 1,41 = 155 вольт максимум).

При исследовании переменного тока любые значения, указанные для тока или предполагается, что напряжение является действующим значением, если не указано иное, и на практике используются только действующие значения напряжения и тока. Аналогичным образом вольтметры и амперметры переменного тока измеряют эффективную ценить.

Почему AC выиграл электрические войны

Недавно я закончил книгу Джилл Джоннес « Империи света » о «Войне электрических токов» — переменного тока и постоянного тока, которая произошла в период становления электроэнергетики в конце 1800-х годов.Это обычная история в сфере технологий: два конкурирующих стандарта, каждый из которых яростно сторонник. Но DC был обречен с самого начала — не из-за отсутствия покровителей, поскольку его поддерживал всемирно известный Томас Эдисон, а из-за физики и экономики.

---

Давайте вернемся. Электричество как наука и технология развивались в течение конца 1700-х и 1800-х годов. Сначала единственным известным способом создания электрического тока был химический процесс с использованием батарей (изобретенных в 1799 году итальянским физиком Алессандро Вольта; батареи названы в его честь в «вольтах»).Однако ранние батареи были относительно слабыми, выдавая всего пару вольт; он мог питать новые электрические коммуникации, такие как телеграф, но не был практическим источником энергии для света или двигателей.

Однако электричество тесно связано с силой магнетизма. Каждый может индуцировать другой: электрический ток создает магнитное поле, а магнитное поле может создавать электрический ток. Последнее открытие (Майклом Фарадеем в 1831 году) привело к изобретению электрического генератора , который вырабатывает энергию путем вращения магнита рядом с катушкой с проволокой.Генератор может быть подключен к источнику механической энергии, например паровому двигателю, для преобразования кинетической энергии в электрическую.

К концу 1800-х годов электричество стало одним из видов энергии, конкурирующих с углем и нефтью. Применениями, как и в случае с любой другой формой энергии, были механическая энергия (в виде электродвигателя), тепло и особенно свет. Освещение было «приложением-убийцей» ранней электротехнической промышленности — единственным приложением, которое было настолько ценным, что могло стимулировать развитие технологий и инвестиции в инфраструктуру.

Однако первые электрические фонари оставляли желать лучшего. Первоначальной технологией была дуговая лампа, в которой электрическая дуга проходила по воздуху между двумя угольными стержнями. Это произвело очень яркий белый свет, резкий и ослепляющий. Это подходило для стадионов, театров и крупных торговых улиц, но не для домов или офисов.

Патент Эдисона на лампочку, 1880 г. Лампочка Эдисона Филип Мишевски / Flickr

Томас Эдисон увидел дуговую лампу и сразу понял, что электрическое освещение может произвести революцию в повседневной жизни.Но у него было видение, чтобы понять, что огромные рыночные возможности заключаются не в дуговом освещении, а в создании менее интенсивного источника света, который можно было бы использовать в любой комнате. Уже известный и достаточно богатый, чтобы проводить множество экспериментов в своей лаборатории в Менло-Парке, Эдисон начал огромную научно-исследовательскую работу по созданию практичной электрической лампочки, которая стала его самым легендарным и определяющим карьеру изобретением.

Лампы накаливания демонстрировались еще до Эдисона, но они еще не были практичными: они перегорели слишком быстро.Вклад Эдисона заключался в создании долговечной лампочки со здоровым свечением. Одним из ключевых открытий была важность создания вакуума в колбе. Еще одним важным элементом была нить накала; Лаборатория Эдисона провела известное испытание тысяч материалов, чтобы найти нить, которая будет гореть много часов. Практичная лампочка позволила электрическому свету заменить домашнее освещение керосином или природным газом.

Электрические фонари были чище, чем газовые или керосиновые лампы, а электродвигатели были на намного на чище, чем любой двигатель внутреннего сгорания (представьте себе бытовую посудомоечную машину, холодильник или пылесос, сжигающий масло или уголь).Но чтобы получить эти преимущества, изобретателям пришлось решить проблему распространения. Первая домашняя система освещения была установлена ​​в особняке банкира Дж. П. Моргана и полагалась на парогенератор, построенный в небольшом здании на его территории, за пределами дома, вместе с обслуживающим персоналом на постоянной основе. (Дежурный уходил с дежурства в 11 часов вечера, и, если семья Моргана опаздывала, свет выключался без предупреждения, заставляя их искать свечи в темноте.) Эдисон планировал поставить свою лампочку в домах менее богатых, чем у Моргана. целая система центральных генераторов и распределительная сеть.

Но возникла проблема. Энергия терялась в самих линиях электропередачи. Это неизбежно происходит всякий раз, когда ток течет через сопротивление (и даже самые лучшие линии электропередач имеют некоторое сопротивление). Из-за этого система Эдисона по-прежнему была ограничена радиусом около полумили, что делало ее пригодной только для очень плотных городских районов, где в пределах этого небольшого круга было бы много потребителей освещения. В других местах экономически не выгодно.

Строгое ограничение расстояния также сделало невозможным использование природных источников энергии, таких как водопады.Тысячи лет фабрики использовали энергию воды через мельницы. Но поскольку у нас нет возможности эффективно передавать механическую энергию на большие расстояния, эти заводы всегда были жестко ограничены географически: они должны были находиться на на реке . Электричество обещало наконец преодолеть эти географические ограничения и обеспечить настоящую передачу электроэнергии на большие расстояния — если бы только мы могли решить проблему потери мощности.

К счастью, решение обрело форму — буквально, потому что корень решения находится в форме тока.

---

Давайте еще раз посмотрим, как работает электрогенератор. Основной метод — вращать магнит возле катушки с проволокой. Магнит вращается механической силой, такой как водопад или паровая турбина (в последнем случае сам пар может поступать из любого источника топлива, от угля до газа и ядерной энергии). Вращение магнита создает изменяющееся магнитное поле, которое по фундаментальным законам физики создает электрическое поле, которое, в свою очередь, заставляет электричество перемещаться по проводу.

Поскольку магнит вращается по кругу, его магнитное поле также вращается, и это создает не постоянное электрическое поле, а переменное, которое, в свою очередь, создает переменный ток (AC).Вместо того, чтобы течь в постоянном направлении, как вода по трубе, электроны покачиваются взад и вперед по проводу. (Вы можете быть удивлены, что это короткое покачивание обеспечивает передачу энергии на большие расстояния, но это так, потому что покачивание распространяется по проводу, как волна. Точно так же, как звуковые волны могут достигать ваших ушей за много миль, даже если нет молекул Воздуха действительно попали к вам из источника, поэтому электрическая энергия может быть получена из движения электронов в пункте назначения, даже если отдельные электроны не прошли весь путь от генератора.)

Однако во времена появления первых генераторов единственные существующие электродвигатели требовали постоянного тока (DC), который двигался в постоянном направлении. Таким образом, эти генераторы преобразовывали переменный ток в постоянный (используя более сложную конструкцию генератора, включающую щеточные контакты).

И постоянный, и переменный ток могут нормально зажечь лампочку. И то и другое можно было сгенерировать достаточно легко (хотя генератор переменного тока был более элегантным, без щеточных контактов).Преимущество постоянного тока в электродвигателях было нивелировано, когда гениальный инженер Никола Тесла изобрел электродвигатель переменного тока (он зависел от «многофазного» переменного тока, то есть от нескольких переменных токов, где чередования были в противофазе друг с другом). Настоящая, непреодолимая разница была в передаче , потому что здесь переменный ток мог делать то, чего никогда не мог сделать постоянный ток, что-то, что решило бы проблему линий электропередач на большие расстояния и установило бы его в качестве электрического стандарта.

Чтобы понять этот волшебный трюк, нам нужно немного подробнее рассмотреть физику электромагнетизма.Любая линия электропередачи имеет несколько основных физических характеристик. Ток — это скорость, с которой электрический заряд протекает через провод: буквально, сколько электронов в секунду проходит через определенную точку. Напряжение — это своего рода электрическое «давление», прикладываемое к проводу: чем больше напряжение, тем больше ток. Сопротивление аналогично трению, действующему против тока. Когда ток проходит через сопротивление, энергия теряется, так же как энергия теряется на трение в механической системе.Количество энергии, теряемой в секунду, пропорционально сопротивлению и квадрату силы тока. Таким образом, чтобы минимизировать потери энергии, мы должны минимизировать как сопротивление, так и ток.

Чтобы минимизировать сопротивление, можно использовать материал с низким сопротивлением, например серебро или медь. Серебро немного менее резистентно, но намного дороже, поэтому на практике используется медь. Вы можете сделать провода толще, потому что сопротивление обратно пропорционально площади поперечного сечения, но при этом используется больше материала, что опять же дороже.Таким образом, сопротивление может быть уменьшено только настолько, что с каждой милей оно ухудшается, поскольку оно пропорционально длине провода.

Другой способ минимизировать потери энергии — уменьшить ток. Но провода по-прежнему должны обеспечивать питание, а передаваемая мощность пропорциональна величине тока, умноженной на напряжение. Следовательно, чтобы передать заданное количество мощности при низком токе, вам потребуется высокое напряжение.

Но здесь мы сталкиваемся с другой проблемой. Очень высокое напряжение не подходит для домашнего использования.Для типичного повседневного использования вам нужна электрическая мощность около ста вольт (сегодня в США стандартное напряжение составляет 120 В; в Европе используется 220 В). Для передачи электроэнергии на большие расстояния вам нужны тысячи вольт или более (современные линии используют до 765000 В!). Если вы подадите в дом такое количество энергии, это будет слишком много для лампочки или электродвигателя, и это представляет опасность поражения электрическим током или возгорания. Но если вы попытаетесь запустить линии электропередач только с напряжением в сотни вольт, вы потеряете слишком много энергии из-за сопротивления.

Как решить эту головоломку? С помощью почти волшебного устройства, называемого трансформатором, который может преобразовывать низковольтную энергию в высоковольтную и обратно. И работает только с переменным током.

Схема электрического трансформатора BillC / Викимедиа Электрический трансформатор dimitrisvetsikas1969 / Pixabay

Кажущееся волшебство трансформатора в том, что провода низкого и высокого напряжения даже не соприкасаются.Вместо этого энергия передается посредством электромагнитной индукции, явления, открытого Фарадеем в 1830-х годах. В трансформаторе две катушки проволоки намотаны на железный сердечник. Поскольку ток меняется в одной катушке, утюг становится переменным электромагнитом. Затем переменное магнитное поле создает переменный электрический ток в другом витке провода. Но если количество витков в двух катушках разное, то напряжение во второй катушке также будет различным — выше или ниже в зависимости от того, больше или меньше витков у второй катушки, чем у первой.

Это работает с переменным током, потому что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле, но стационарное магнитное поле создает , а не , поэтому оно не работает с постоянным током. Это главный козырь AC, его решающее отличие.

С помощью переменного тока вы можете «поднять» ток до более высокого напряжения для передачи на большие расстояния, а затем понизить его в пункте назначения, например, дома, в офисе или на заводе. Электроэнергия распространяется на большие расстояния при высоком напряжении и только на короткие расстояния при низком напряжении, поэтому теряется очень мало энергии, но желаемое напряжение по-прежнему доступно для работы фонарей и двигателей.

Преимущество аналогично переключению на идеальную передачу при езде на велосипеде. Если вы едете на велосипеде на низкой передаче на высокой скорости по ровной поверхности, большая часть вашей энергии просто уходит на очень быстрые движения ног, что неэффективно. Переключившись на более высокую передачу, вы можете двигать ногами в удобном темпе, в то время как колеса движутся намного быстрее, благодаря механическому преимуществу, создаваемому передачами. Трансформатор подобен коробке передач для электричества.

Джордж Вестингауз увидел ценность системы кондиционирования воздуха и отстаивал ее.Эдисон, создавший систему на основе постоянного тока, считал, что высокое напряжение опасно, и возражал против его использования. Аргумент безопасности был убедительным для многих, но, в конце концов, электросеть постоянного тока была просто непрактичной, и данные Westinghouse доказали это.

Это было окончательно продемонстрировано в 1895 году, когда была построена первая гидроэлектростанция, использовавшая энергию могущественного Ниагарского водопада. Ранний план Ниагары предполагал, что на этом месте будет построен целый заводской город, работающий от водяных мельниц.Но с помощью электричества водопад мог бы доставить электроэнергию в Буффало, штат Нью-Йорк, расположенный в 26 милях от берега озера Эри.

Электростанция Роберта Мозеса Ниагара, Льюистон, Нью-Йорк Busfahrer / Викимедиа

---

Сегодня есть популярное повествование, в котором Эдисон — неуклюжий дурак, который скучал по переменному току и который на самом деле не изобретал электрическую лампочку, а Никола Тесла — гениальный гений, который изобрел переменный ток и двигатели, предсказал сотовый телефон и т. Д. несправедливо по двум причинам.

Томас Эдисон Никола Тесла

Во-первых, Эдисон был гением изобретательства. Он ошибался насчет AC, и, по словам Йоннеса, он, кажется, был против этого просто потому, что это не было его изобретением или его системой. (Он также участвовал в некоторых грязных боях против AC, таких как кампания по приобретению AC, в том числе генераторов под маркой Westinghouse, введенных в качестве новой формы казни для заключенных, чтобы навредить Westinghouse в связи с высшей мерой наказания.) Но Эдисон был одним из немногих, кто на раннем этапе осознал потенциал ламп накаливания и ценность электросети, и он вложил огромные средства в эти технологии. И его лаборатория для всех практических целей изобрела электрическую лампочку — разумеется, никакая лампочка, существовавшая до их экспериментов, не подошла бы.

Джордж Вестингауз

Но что еще более важно, популярное повествование не принимает во внимание Джорджа Вестингауза. В книге Джоннеса Вестингауз предстает настоящим героем истории.Тесла был блестящим изобретателем, внесшим ряд важных нововведений в энергоснабжение переменного тока. Но Вестингауз был промышленным провидцем, который сделал электросеть реальностью. Он получил финансирование, возглавил работу, осуществил продажи и развернул систему.

Более того, он производит впечатление человека чести и порядочности. Вот его подход к рекламе:

По мере того, как Война электрических токов становилась все более уродливой и ожесточенной, Джордж Вестингауз осенью 1889 года решил нанять репортера Питтсбургской газеты по имени Эрнест Х.Генрихса продвигать свои компании и их достижения. В первый день работы Генрихса зашел Вестингауз, чтобы пожелать ему успеха и объяснить его цель. «Все, что я хочу видеть, это то, что газеты печатают [вещи] точно. Правда никому не вредит. …

«Что касается нападений на меня лично, конечно, они причиняют боль, но мое самоуважение и совесть не позволяют мне сражаться с таким оружием. Кроме того, я считаю, что моя моральная репутация и моя деловая репутация слишком прочны, чтобы пострадать от таких нападок.Тем не менее, я готовлю статью для «North American Review» в ответ на обвинения г-на Эдисона против системы переменного тока, но кроме этого мне нечего будет дать вам для публикации … Позволив другим говорить все, мы заведем больше друзей, чем если бы мы опустились до уровня наших противников ».

Он проявил огромное мужество своих убеждений:

Как объяснил его старый друг и биограф Генри Праут, Вестингауз был отличным консультантом для других, «затем он принял собственное решение, и ничто мягче землетрясения не могло его сдвинуть с места.Мы видели, как он сидел, как скала, безмятежный, мягкий и невозмутимый, когда все члены совета директоров были против него. Был ли он решительным или просто упрямым, зависит от вашей точки зрения ». Вестингауз слишком часто был прав, когда ошибались те, кого он считал малодушными. Почему он должен перестать доверять своим грозным инстинктам?

Однажды, во время финансового кризиса, Вестингауз реорганизовал свою компанию, сохранив при этом контроль:

Адвокат Вестингауза, Пол Д.Крават, годы спустя все еще восхищался этим триумфом реорганизации. По его словам, Westinghouse «было трудно работать с так называемыми финансистами. То, что ему казалось их недостатком видения и веры, всегда раздражало его…. По крайней мере, в двух крупных финансовых кризисах, когда финансисты отказались от этой задачи как безнадежной, мистер Вестингауз своей верой, своей неутомимой энергией и применением силы влияния на людей, равных которых я никогда не видел, был способен выдержать финансовый шторм, собрать огромные суммы денег и восстановить устойчивое финансовое положение своих предприятий, когда его критики и большинство его друзей были уверены, что ему грозит сокрушительное поражение.”

Спустя годы, во время очередного экономического спада, Вестингаузу пришлось реорганизовать свою компанию в условиях банкротства (известной в те времена как «конкурсное управление»). Он был удивительно оптимистичен, сказав своему публицисту:

«Не забудьте дать им понять [газетам], что это решение не является концом компании…. [Эта] компания в своей основе такая же здоровая и солидная, как и всегда, и из этой неудачной ситуации она выйдет на большую и более процветающую заботу, чем когда-либо.«Банкротство стало большим потрясением как для инсайдеров, так и для аутсайдеров, но с такими ограниченными деньгами Westinghouse не видел альтернативы. Он относился к этому как к серьезному. «Я согласен, это неприятно», — сказал он одному другу. «Но это не самая большая вещь в мире. У любого крупного бизнеса есть взлеты и падения. Кризис, который мы переживаем, — это лишь часть нашей повседневной работы ».

Он действительно спас компанию, и хотя, к сожалению, ему пришлось отказаться от контроля, и в конечном итоге он был вытеснен, Westinghouse Electric Corporation существует по сей день.

---

Паровая машина открыла эру промышленной энергетики, предоставив средства преобразования тепловой энергии в механическую. Но электричество завершило энергетическую революцию, отделив производство электроэнергии от приложения. Это позволяло генерировать энергию за много миль от водопада или на большом централизованном заводе по сжиганию ископаемого топлива, а затем использовать ее в домах и офисах с помощью чистого электрического освещения и двигателей. Это необходимо для сегодняшнего уровня жизни.И мы в долгу перед Westinghouse и AC.

Империи света: Эдисон, Тесла, Вестингауз и гонка за электричество мира

Напишите мне письмо

Напряжение

— Проблемы с пониманием переменного тока (AC)

Я все время вижу этот вопрос и хотел бы предложить его. Кажется, все понимают постоянный ток, поэтому давайте на мгновение рассмотрим схему батареи с положительной и отрицательной клеммами.Положительный вывод имеет положительное напряжение, а отрицательный вывод обычно считается «землей», а соединение положительного и отрицательного полюсов замыкает цепь.

Какое напряжение на плюсовой клемме? 5 В постоянного тока? 9 В постоянного тока? 12 В постоянного тока? Это не нужно исправлять. «Напряжение» на положительном выводе может быть фиксированным, но также может быть переменным.

В источнике переменного напряжения все напряжение появляется на НОЖНОМ проводе в виде синусоидальной волны. Он изменяется от 0 В до + Vpeak, обратно до 0V, затем от отрицательного до -Vpeak, затем снова до 0V.Другой провод, необходимый для замыкания цепи, — НЕЙТРАЛЬНЫЙ, и вся его цель — обеспечить обратный путь. Это не «земля», в источнике переменного тока нет «земли». Все напряжение в источнике переменного тока поступает от провода HOT, поэтому он называется HOT. В источнике переменного тока сигнал напряжения на проводе HOT меняется от 0 В до + vPeak обратно на 0 В, затем он становится отрицательным до -vPeak, а затем снова до 0 В.

Людям трудно понять идею о том, что HOT может стать отрицательным, потому что они пытаются сравнить это с принципами напряжения постоянного тока, которые используют возврат (отрицательный вывод) в качестве ЗАЗЕМЛЕНИЯ.Источник переменного тока не имеет «земли». Провод HOT передает синусоидальную волну, которая постоянно меняется от 0 В до + vPeak, обратно до 0 В, затем от отрицательной до -vPeak, затем снова до 0 В — обычно чередуется около 60 раз в секунду в США, от 60 Гц

Третий провод, который вы видите в вилке переменного тока, называемый землей, не похож на землю в цепи постоянного тока. В цепи переменного тока это «заземление» представляет собой дополнительный провод, который обычно подключается к устройству изнутри на другом конце и обеспечивает безопасный путь, чтобы потребители не были поражены электрическим током в случае контакта с чем-то внутри устройства. с ГОРЯЧИМ проводом.В отличие от постоянного тока, в цепи переменного тока заземляющий провод вообще не нужен и не имеет ничего общего с протеканием переменного тока в устройстве.

В цепи переменного тока НЕЙТРАЛЬНЫЙ провод представляет собой возврат для переменного напряжения, которое течет от провода НОСИТЕЛЬНЫЙ. Если подключить центр постучала Transformer между горячим и нейтралью проводами переменного тока, центральный кран затем становится «НАПРЯЖЕНИЕ точки отсчета», который позволяет нам видеть + напряжение синусоидальной волны, где боковые ГОРЯЧИЙ идут в трансформатор, и — Напряжение синусоиды там, где НЕЙТРАЛЬНЫЙ провод идет в трансформатор.Напряжение не переключается между NEUTRAL и HOT, провод HOT передает синусоидальную волну от 0 В до + vPeak, затем обратно до 0, до -vPeak, затем обратно до 0. И снова НЕЙТРАЛЬНЫЙ провод завершает работу. схема — не имеет источников напряжения. Все напряжение в цепи переменного тока поступает от провода HOT.

Вот почему в цепи переменного тока провода помечены как ГОРЯЧИЙ и НЕЙТРАЛЬНЫЙ и необходимы для завершения цепи. Третий провод, ЗАЗЕМЛЕНИЕ, используется только в целях безопасности.ГОРЯЧИЙ несет синусоидальную ВОЛНУ, НЕЙТРАЛЬНЫЙ — обратный, а ЗЕМЛЯ присутствует строго в целях безопасности.

15.S: Цепи переменного тока (Резюме) — Physics LibreTexts

Ключевые термины

Уравнение

переменный ток	ток, синусоидально колеблющийся во времени с фиксированной частотой
переменное напряжение	напряжение, которое синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой
переменный ток (ac)	Поток электрического заряда, который периодически меняет направление
средняя мощность	среднее по времени мгновенной мощности за один цикл
полоса пропускания	диапазон угловых частот, в которых средняя мощность больше половины максимального значения средней мощности
емкостное реактивное сопротивление	Противодействие конденсатора изменению тока
постоянный ток (dc)	поток электрического заряда только в одном направлении
полное сопротивление	переменный ток аналог сопротивления в цепи постоянного тока, который измеряет комбинированное влияние сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления
индуктивное реактивное сопротивление	Противодействие катушки индуктивности изменению тока
фазовый угол	величина, на которую напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом в цепи
Коэффициент мощности	величина, на которую мощность, передаваемая в цепи, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе
добротность	безразмерная величина, описывающая резкость пика полосы пропускания; высокая добротность — острый или узкий резонансный пик
резонансная частота	частота, при которой амплитуда тока максимальна, и цепь будет колебаться, если не будет управляться источником напряжения
действующее значение тока	среднеквадратичное значение текущего
действующее напряжение	среднеквадратичное значение напряжения
понижающий трансформатор	трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток
повышающий трансформатор	трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток
трансформатор	устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора	, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

Ключевые уравнения

Напряжение переменного тока	\ (\ Displaystyle v = V_0sinωt \)
Переменный ток	\ (\ Displaystyle я = I_0sinωt \)
емкостное реактивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = \ гидроразрыва {1} {ωC} = X_C \)
действующее напряжение	\ (\ Displaystyle V_ {rms} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}} \)
действующее значение тока	\ (\ Displaystyle I_ {rms} = \ frac {I_0} {\ sqrt {2}} \)
индуктивное реактивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = ωL = X_L \)
Фазовый угол цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle ϕ = загар ^ {- 1} \ гидроразрыва {X_L − X_C} {R} \)
Вариант закона Ома для переменного тока	\ (\ Displaystyle I_0 = \ гидроразрыва {V_0} {Z} \)
Импеданс цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L − X_C) ^ 2} \)
Средняя мощность, связанная с элементом схемы	\ (\ Displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0cosϕ \)
Средняя мощность, рассеиваемая резистором	\ (\ displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0 = I_ {rms} V_ {rms} = I ^ 2_ {rms} R \)
Резонансная угловая частота контура	\ (\ Displaystyle ω_0 = \ sqrt {\ frac {1} {LC}} \)
Добротность схемы	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0} {Δω} \)
Добротность цепи по параметрам цепи	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0L} {R} \)
Уравнение трансформатора с напряжением	\ (\ displaystyle \ frac {V_S} {V_P} = \ frac {N_S} {N_P} \)
Уравнение трансформатора с током	\ (\ Displaystyle I_S = \ frac {N_P} {N_S} I_P \)

Сводка

15.2 источника переменного тока

• Постоянный ток (dc) относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
• Переменный ток (ac) относится к системам, в которых напряжение источника периодически изменяется, особенно синусоидально.
• Источник напряжения системы переменного тока выдает напряжение, которое рассчитывается на основе времени, пикового напряжения и угловой частоты.
• В простой схеме ток определяется делением напряжения на сопротивление.Переменный ток рассчитывается с использованием пикового тока (определяемого делением пикового напряжения на сопротивление), угловой частоты и времени.

15.3 Простые цепи переменного тока

• Для резисторов сквозной ток и напряжение совпадают по фазе.
• Что касается конденсаторов, мы обнаруживаем, что когда на конденсатор подается синусоидальное напряжение, напряжение следует за током на одну четверть цикла. Поскольку конденсатор может останавливать ток при полной зарядке, он ограничивает ток и предлагает другую форму сопротивления переменному току, называемую емкостным реактивным сопротивлением, которое измеряется в омах.
• Для катушек индуктивности в цепях переменного тока мы обнаруживаем, что когда на индуктор подается синусоидальное напряжение, оно опережает ток на одну четверть цикла.
• Противодействие катушки индуктивности изменению тока выражается как тип реактивного сопротивления переменного тока. Это индуктивное реактивное сопротивление, измеряемое в омах, зависит от частоты источника переменного тока.

Цепи серии 15,4 RLC с AC

• Последовательная цепь RLC представляет собой последовательную комбинацию резистора, конденсатора и индуктора через источник переменного тока.
• Одинаковый ток течет через каждый элемент последовательной цепи RLC во все моменты времени.
• Сопротивлением в цепи постоянного тока является импеданс, который измеряет комбинированное воздействие резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Максимальный ток определяется версией закона Ома для переменного тока.
• Импеданс измеряется в омах и определяется с помощью сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления.

15.5 Питание в цепи переменного тока

• Средняя мощность переменного тока определяется путем умножения среднеквадратичных значений тока и напряжения.
• Закон Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится делением среднеквадратичного значения напряжения на полное сопротивление.
• В цепи переменного тока существует фазовый угол между напряжением источника и током, который можно найти, разделив сопротивление на полное сопротивление.
• Средняя мощность, подаваемая в цепь RLC , зависит от фазового угла.
• Коэффициент мощности колеблется от –1 до 1.

15,6 Резонанс в цепи переменного тока

• На резонансной частоте индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению.
• График зависимости средней мощности от угловой частоты для цепи RLC имеет пик, расположенный на резонансной частоте; резкость или ширина пика называется полосой пропускания.
• Ширина полосы связана с безразмерной величиной, называемой добротностью.Высокое значение добротности — это острый или узкий пик.

15,7 Трансформаторы

• Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
В трансформаторах
• индукция используется для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
• Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Синонимы и антонимы к слову переменный электрический ток

синоним.com

• antonym.com

• Слово дня: колосс

• Популярные запросы 🔥

  творческий особенность красивая гуджарати испытание отрицательное влияние белый человек определять канделябр хороший фокус помощь потенциал душевное здоровье нестандартное мышление глубокое понимание в первый раз эстетический знаю все это помощь мозговой штурм наглый гуджерати средства массовой информации развивать противостоять африкаанс ужас свирепый счастливый проход сплоченность центр более вероятно сильный обнаруживать важный невидимый технологии доступность отталкивающий

1.переменный электрический ток

имя существительное. An электрический Текущий который переворачивает направление синусоидально.

Синонимы

электричество AC переменный ток электроэнергия

Антонимы

постоянный ток переменный ток

Избранные игры

2.чередование

прилагательное. (ˈƆltɝˌneɪtɪŋ) Происходит к повороты; первый один и тогда то Другой.

Синонимы

циклический циклический чередовать

Антонимы

нециклический ациклический апериодический припев

3.электрический

прилагательное. (ɪˈlɛktrɪk) С помощью или же предоставление или же производство или же передача или же эксплуатируемый к электричество.

Синонимы

электрические

Антонимы

невозмутимый легко

Этимология

электрический (английский)

electricus (латиница) электрум (латиница) ἤλεκτρον (древнегреческий (до 1453 г.)) ἠλέκτωρ (древнегреческий (до 1453 г.))

4.электрический

прилагательное. (ɪˈlɛktrɪk) Затронутый к эмоция в качестве если к электричество; захватывающий.

Синонимы

цинкование гальванический захватывающе цинкование

Антонимы

неинтересный оставаться на месте непровоцирующий несексуальный не стимулирующий

Этимология

электрический (английский)

electricus (латиница) электрум (латиница) ἤλεκτρον (древнегреческий (до 1453 г.)) ἠλέκτωρ (древнегреческий (до 1453 г.))

5.электрический

прилагательное. (ɪˈlɛktrɪk) (из а ситуация) исключительно напряженный.

Синонимы

напряженный

Антонимы

расслабленный неинтересный

Этимология

электрический (английский)

electricus (латиница) электрум (латиница) ἤλεκτρον (древнегреческий (до 1453 г.)) ἠλέκτωρ (древнегреческий (до 1453 г.))

6.электрический

имя существительное. (ɪˈlɛktrɪk) А машина который является питание к электричество.

Синонимы

автомобиль автомобиль электрический автомобиль машина машина электромобиль авто

Антонимы

расслабиться расслабляться слабый свободный пыл

Этимология

электрический (английский)

electricus (латиница) электрум (латиница) ἤλεκτρον (древнегреческий (до 1453 г.)) ἠλέκτωρ (древнегреческий (до 1453 г.))

7.Текущий

прилагательное. (ˈKɝːənt, ˈkɝːnt, ˈkɑːrənt) Происходит в или же принадлежность к то настоящее время время.

Синонимы

онлайн действующий актуальный новый онлайн актуальный современное жить актуальность в процессе непрерывный пешком непрерывный валюта циркулирующий происходящий современный актуальность своевременно действительный сегодняшний день самый последний

Антонимы

немодерн Старый не текущий не в сети ненужный

Этимология

текущий (английский)

curraunt (среднеанглийский (1100-1500)) курант (старофранцузский (842-ок.1400))

8. текущий

имя существительное. (ˈKɝːənt, ˈkɝːnt, ˈkɑːrənt) А поток из электричество через а дирижер.

Синонимы

электрическое явление электрический ток сок термоэлектронный ток

Антонимы

рано середина немодный регрессивный Старый стиль

Этимология

текущий (английский)

curraunt (среднеанглийский (1100-1500)) курант (старофранцузский (842-ок.1400))

9. текущий

имя существительное. (ˈKɝːənt, ˈkɝːnt, ˈkɑːrənt) А устойчивый поток из а жидкость (обычно из естественный причины).

Синонимы

разрыв тока торрент прилив Эдди водоворот ритид подводное течение океаническое течение бурный поток транслировать приливное течение приливный поток вихрь крутить поток течет водоворот

Антонимы

нижележащий несвежий неоригинальный опытный предшествующий

Этимология

текущий (английский)

curraunt (среднеанглийский (1100-1500)) курант (старофранцузский (842-ок.1400))

10. текущий

имя существительное. (ˈKɝːənt, ˈkɝːnt, ˈkɑːrənt) Доминирующий курс (наводящий на размышления из Бег воды) из последовательный События или же идеи.

Синонимы

линия транслировать поток курс

Антонимы

поздно одно и тоже привык изношенный Общее

Этимология

текущий (английский)

curraunt (среднеанглийский (1100-1500)) курант (старофранцузский (842-ок.1400))

Популярные запросы 🔥

творческий особенность красивая гуджарати испытание отрицательное влияние белый человек определять канделябр хороший фокус помощь потенциал душевное здоровье нестандартное мышление глубокое понимание в первый раз эстетический знаю все это помощь мозговой штурм наглый гуджерати средства массовой информации развивать противостоять африкаанс ужас свирепый счастливый проход сплоченность центр более вероятно сильный обнаруживать важный невидимый технологии доступность отталкивающий

×

• Условия эксплуатации
• Политика конфиденциальности
• Политика авторских прав
• Отказ от ответственности
• CA не продавать мою личную информацию

.

No related posts.