Змінний електричний струм

Змінним електричним струмом називається такий струм, величина і напрям якого змінюється за гармонічним законом.

Такий струм можна отримати, якщо виток дроту рівномірно обертати в однорідному магнітному полі відносно осі, перпендикулярної до напряму ліній магнітної індукції (рис. 7.1).

Рис.7.1

Магнітний потік, який пронизує контур рамки, визначається так:

(7.1)

де - кут між напрямом нормалі до площини рамки і напрямом вектора ; - кутова швидкість обертання рамки; f- частота обертання; S – площа рамки; Ф₀ – максимальне значення магнітного потоку (при a= 0).

В основі виникнення змінної ЕРС покладене явище електромагнітної індукції. Величина ЕРС, що виникає у рамці дорівнює:

(7.2)

де e₀ –амплітудне значення ЕРС З даної формули випливає, що ЕРС, яка виникає у рамці, що обертається з постійною кутовою швидкістю wв магнітному полі змінюється за синусоїдальним законом з циклічною частотою . Таким чином кутова швидкість обертання рамки є одночасно циклічною частотою коливання ЕРС і сили змінного струму. З формул (7.1) і (7.2) видно, що коли магнітний потік максимальний, то ЕРС мінімальна і навпаки. Якщо кінці рамки приєднати до мідних кілець, до яких притиснуті вугільні контакти (щітки ), а до них – споживач R, то в колі буде протікати змінний струм , де R+r – повний опір кола, i(t) – миттєве, I₀- амплітудне значення сили струму.

Амперметр і вольтметр у колі змінного струму показують не миттєві і не максимальні значення струму і напруги, а ефективні. Діюче, або ефективне, значення величини змінного струму І дорівнює величині такого постійного струму, який, протікаючи по тому самому провіднику що і змінний струм виділяє в ньому за один і той же проміжок часу таку саму кількість теплоти.

Діючі значення струму і напруги визначаються за формулами: і відповідно. І₀, U₀ – амплітудні значення струму і напруги.

7.1 Коло змінного струму з активним опором.

Розглянемо ділянку електричного кола, в якому протікає змінний струм (рис. 7.2а ).

Нехай коло складається тільки з резистора опором R, до кінців якого прикладена змінна напруга

(7.3)

В колі циркулюватиме струм:

(7.4)

де - амплітудне значення струму.

З аналізу формул (7.3) і (7.4) видно, що напруга і струм змінюється в однакових фазах, тобто зсув фаз між струмом і напругою дорівнює нулю. Напруга і струм досягають одночасно максимальних і мінімальних значень (рис. 7.2,б). На векторній діаграмі, де опорною віссю служить вісь струмів, вектор, що зображає амплітуду коливань напруги, збігається з віссю струмів (рис.7.2,в).

Поиск по сайту: