Переменный ток.

      Пока мы имели дело только с постоянным током, с током, величина которого не меняется со временем. Если мы построим график, по горизонтальной оси которого будем откладывать время, а по вертикальной напряжение, то в случае с постоянным током у нес на графике будет прямая - т.е. напряжение постоянно и со временем ничего не меняется.

      Теперь давайте соберём в Tinkercad Circuits простую схему из светодиода, токоограничительного резистора и батарейки. Кроме этого, используем еще осциллограф.

Осциллограф (лат. oscillo - качаюсь + греч. - пишу) - прибор, предназначенный для исследования амплитудных и временных параметров электрического сигнала.

Пока не будем подключать осциллограф, просто запустим моделирование

Схема работает, а на осциллографе ничего не происходит, сплошная линия по середине экрана означает что на входе осциллографа 0 вольт, ничего на вход не подается и ничего со временем не меняется.

Теперь давайте подключим наш осциллограф к батарейке и снова запустим моделирование


Теперь прямая линия поднялась почти на три деления вверх. Кстати, по клеточкам можно оценить напряжение, которое подается на вход осциллографа, в данном случае эти почти три клеточки означают почти +3 вольта. Это значит что на батарейке в данный момент около трех вольт (в этом можно убедиться подключив к ней еще и вольтметр).

Теперь давайте подключим наш осцилограф к батарейке наоборот, т.е. вход осциллографа (красный провод) подключим к минусу батарейки, а общий провод осциллографа (минус) подключим к плюсу батарейки и снова запустим моделирование


Теперь прямая линия опустилась почти на три деления вниз, что означает, что на входе осциллографа почти -3 вольта, относительно общего провода. Но у нас по прежнему прямая линия - значит со временем ничего не меняется!.

Заменим батарейку на генератор сигналов:



Генератор сигналов (реже измерительный генератор) - это прибор, генерирующий сигнал с точно заданными параметрами (частотой, амплитудой, формой колебаний и т. д.). Прибор разработан для анализа и калибровки радиоэлектронных устройств в лабораторных условиях.

Давайте разберемся что же мы видим на экране осциллографа. Эта кривая называется синусоида. Проанализируем её на графике:

      В начальный момент времени напряжение равно 0, затем оно начинает постепенно нарастать и через какое-то время достигает максимального значения, "+3В" и после этого начинает снижаться. Снижаясь график опять возвращается к нулевому значению, но продолжает снижаться дальше, пока не достигнет "-3В", после чего развернется и пойдет в обратную сторону и дальше процесс будет повторяться. Таким образом, напряжение у нас не только постоянно меняется, но еще и меняет свое направление! То что ток в цепи меняет свое направление доказывает мигающий светодиод, ведь он пропускает ток только в одном направлении, а значит когда напряжение положительное (больше нуля) - светодиод горит, когда отрицательное - не горит.

      Рассмотрим некоторые параметры переменного тока:

Амплитуда - (лат. amplitudo - значительность) - максимальное значение напряжения. В нашем примере это около 3 вольт.

Размах - разность между наибольшим и наименьшим значениями. В нашем примере размах в два раза больше амплитуды, то есть около 6 вольт.

Период - время, за которое происходит одно полное колебание. Период обычно обозначают буквой T (от англ. - time), а единицей измерения периода является - секунда, [T]=1c (секунда). В нашем примере T=0.5 секунды.

Частота - параметр, показывающий сколько колебаний происходит в единицу времени. Частота обычно обозначают буквой F (от англ. - frequency) а единицей измерения частоты является - количество колебаний в секунду, [F]=1/c (штук в секунду). Единицей измерения частоты в Международной системе единиц (СИ) является герц (русское обозначение: Гц; международное: Hz), названный в честь немецкого физика Генриха Герца. [F]= 1/c = 1 Гц. В нашем примере частота равна 2 Гц, или 2 колебания в секунду.

Нетрудно заметить, что частота колебаний и период колебаний связаны между собой:

F=1/Т

И, соответвенно

T=1/F

      Человечество давно и успешно использует переменный ток, по разным причинам, например его проще получать, экономичнее передавать и легко преобразовывать. В нашей электросети - переменный ток, напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

     

Но что же такое 220 вольт, это амплитуда или размах? На самом деле ни то, ни другое, это действующее напряжение. Действующее (эффективное) значение переменного тока равно величине такого постоянного тока, который за время, равное одному периоду переменного тока, произведёт такую же работу (тепловой или электродинамический эффект), что и рассматриваемый переменный ток. Если мы рассматриваем переменный ток, имеющий форму синусоиды, как в нашем примере или как в электросети, то действующее напряжение это всего 70% (или 0.707) от амплитудного значения.

U_эф=0.707*U_A

где U_эф - эффективное значение напряжения, U_A - амплитудное значение напряжения.


Кстати, мультиметр показывает как раз действующее напряжение. А вот амплитудное значение можно рассчитать:

U_A=U_эф/0.707

Для электросети амплитудное значение U_A=220/0.0707=311.17 вольт.





Copyright © R9AL 2021 Все права защищены

---