Беседы по Электротехнике: Электричество - от простого к сложному
Главная   >>   Беседы по Электротехнике: Электричество - от простого к сложному

Беседы по Электротехнике: Электричество - от простого к сложному

Электричество - от простого к сложному. Часть 6.

Основа современной электротехники это переменный ток, который, в свою очередь, вызывается ПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ. Это такое напряжение, величина и полярность которого имеют периодический характер в функции от времени (рис.16). На графике показаны важнейшие характеристики переменного напряжения.

Заметим, что зависимость амплитуды Uа переменного напряжения от времени t имеет СИНУСОИДАЛЬНЫЙ характер, поскольку этот процесс относится к числу колебательных, волновых. В течение каждого периода, т.е. временного промежутка, вмещающего в себя одну отрицательную полуволну и одну положительную, или, иначе говоря, ОДИН ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ полупериод и ОДИН ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ, амплитуда переменного напряжения проходит через нуль не менее (но и не более) трех раз.

Физический смысл этого состоит в том, что в точке "0" (см. рис.16) никакого напряжения, а значит, и тока в про- воднике нет! Затем под действием источника переменного напряжения появляется положительное напряжение, достигающее своего максимума через промежуток времени t1 (точка "А").

В течение временного промежутка t2 напряжение плавно спадает до нуля, после чего появляется снова, но теперь его полярность ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ. Максимальное отрицательное напряжение получается в точке "Б". После чего в течение временного промежутка t4 напряжение вновь достигает нулевого значения. Весь цикл завершается в течение времени: Т = t1 + t2 + t3 + t4. Это и есть ПЕРИОД. Величину, обратную периоду, называют ЧАСТОТОЙ КОЛЕБАНИЯ.

Этот параметр показывает, сколько раз в течение ОДНОЙ секунды переменное напряжение поменяло свою полярность, или же сколько ПЕРИОДОВ (циклов) переменное напряжение претерпело за одну секунду. На рис.17 изображены некоторые основные величины, характеризующие переменное напряжение.

Как видим, максимальное и минимальное значения напряжения (соответственно Uа + и Uа -) равны по абсолютной величине (по модулю) между собой. Но кроме АМПЛИТУДНОГО значения для переменного напряжения очень важным параметром является ЭФФЕКТИВНОЕ напряжение. Как видно из рис.17, заштрихованная часть положительного полупериода РАВНА по площади заштрихованной части прямоугольника, в который "вписан" этот полупериод. При этом прямоугольник, образованный произведением величин Uэфф и Т/2, по площади ТОЧНО РАВЕН положительному полупериоду.

Иными словами, переменное напряжение, имеющее амплитуду Uа, проходя по резистору R, выделяет столько же теплоты, сколько ее выделяет за то же время постоянное напряжение, величина которого равна Uэфф! Поэтому когда говорят, что напряжение электрической сети равно 220 В, то речь идет об ЭФФЕКТИВНОМ напряжении, которое связано с МАКСИМАЛЬНЫМ АМПЛИТУДНЫМ следующим соотношением: Uэфф = 0,707 Uа.

Следовательно, амплитудное напряжение электрической сети равно Uа = Uэфф /0,707 = 311 В. А вот связь переменного напряжения с переменным током более сложная и зависит от характера цепи, на которую подано это напряжение. Если нагрузка имеет чисто активный характер (т.е. ее можно аппроксимировать обычным резистором), соотношение между напряжением и током показано на рис.18.

В отличие от ранее рассмотренных цепей ПОСТОЯННОГО тока, цепи переменного тока содержат КРОМЕ активных элементов еще и РЕАКТИВНЫЕ. Это прежде всего КОНДЕНСАТОР. Этот исключительно необходимый и популярный компонент электрической цепи представляет в общем случае две металлические пластины, расположенные на некотором расстоянии друг от друга (рис.19).

Конденсаторы характеризуются таким важнейшим для электротехники параметром, как ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ, которую можно подсчитать по формуле С = 0,0885mS/ r, где S - площадь пластин; r - расстояние между пластинами, m - диэлектрическая проницаемость.