Змінний електричний струм (ср). План… - Частина 2

В амперметрах і вольтметрах змінного струму шкалу про градуйовано в діючих значеннях сили струму або напруги. Діюче значення сили струму (його називають також ефективним) дорівнює силі такого постійного струму, при проходженні якого по колу виділяється однакова зі змінним струмом кількість теплоти.

3. Активний, ємнісний та індуктивний опір. Закон Ома для змінного струму.

Активний, ємнісний та індуктивний опір. У колі зі змінною напругою, в якому ввімкнуто провідник з великим опором alt="Змінний електричний струм (СР). План... - Частина 2" class="" />, а індуктивність і ємність відсутні або дуже малі, електрична енергія, яка надходить від генератора, витрачається на виділення джоулевого тепла або перетворюється в механічну енергію. Такий опір називають активним: . У колі з активним опором коливання сили струму і напруги збігаються за фазою.

У колі з котушкою, що має індуктивність , амплітуда сили струму залежить від індуктивності і частоти струму. Таке коло має додатковий опір, який називають індуктивним: .

Сила струму в колі з індуктивним опором відстає за фазою від напруги.

Конденсатор в колі змінного струму не розриває кола, як у колі постійного струму, але чинить деякий опір струму. Такий опір називають ємнісним: . Сила струму в колі з конденсатором випереджає за фазою напругу. Індуктивний і ємнісний опори називають також реактивними.

Повний опір кола, коли активний, індуктивний і ємнісний опори з’єднані послідовно . А в разі паралельного з’єднання .

Закон Ома для електричного кола змінного струму. У випадку послідовно з’єднаних активного, індуктивного та ємнісного опорів формула закону Ома для кола змінного струму має такий вигляд:

, – повний опір кола. Закон Ома справджується для амплітудних і діючих значень сили струму і напруги. Різниця (зсів) фаз між струмом і напругою в колі з активним, індуктивним і ємнісним опором визначається за формулою: .

Потужність у колі змінного струму. Потужність визначають за формулою: . У колі змінного струму середня потужність за один період: . Якщо перейти до діючих значень сили струму і напруги, – ця величина називається потужністю змінного струму на ділянці кола, а – коефіцієнтом потужності.

4. Резонанс в електричному колі.

Згідно з формулою , якщо і активний опір Малий, сила струму може досягати великого значення – явище резонансу. При резонансі власна частота коливального контуру збігається з частотою зовнішньої змінної напруги , що призводить до різкого зростання амплітуди вимушених коливань струму. Коли , сила струму . У випадку резонансу напруга на конденсаторі й котушці індуктивності може стати набагато більшою за зовнішню напругу. Оскільки , , , то при , .

Під час резонансу зсув фаз між зовнішньою напругою і силою струму відсутній, тому вся енергія зовнішнього джерела надходить у контур.

Трансформатор – електромагнітний прилад, який перетворює напругу і величину змінного струму. Технічний трансформатор складається з двох (або кількох) обмоток провідника, намотаних на спільне замкнуте феромагнітне (з м’якого листового заліза) осердя. Кінці первинної обмотки (вхід) приєднують до джерела змінного струму, а кінці вторинної обмотки (вихід) – до лінії передачі струму. В осерді зосереджується майже все змінне магнітне поле, створене змінним струмом у колі первинної котушки. Тому енергія змінного магнітного поля струму первинної котушки майже повністю перетворюється в енергію індукційного струму у вторинній котушці, тобто . Звичайно, втрати на нагрівання тут є, але в сучасних технічних трансформаторах вони разом з іншими втратами енергії не перевищують 2 – 3%. Враховуючи, що і ( – потужності струмів відповідно у первинній і вторинній котушках), будемо мати . Оскільки , то . Звідси . З цієї рівності випливає, що у скільки разів трансформатор підвищує напругу, у стільки разів він зменшує силу струму і навпаки.

Трансформатор підвищувальний, якщо напруга В первинній обмотці менша за напругу У вторинній, і знижувальний, якщо >. Коли в первинній обмотці проходить змінний струм, виникає змінний магнітний потік, що збуджує ЕРС індукції у первинній і вторинній обмотках. Відношення індукованих в обмотках електрорушійних сил дорівнює відношенню кількості витків у цих обмотках: . Оскільки опір обмоток малий, . Відношення – називають коефіцієнтом трансформації. Якщо по вторинній обмотці, приєднаній до навантаження (активний опір), проходить струм , а по первинній – , то: , тобто кількість ампер-витків в обох обмотках однакова. ККД сучасних трансформаторів досягає 98 – 99%.