Что такое переменный ток

Переменным называют вид силового тока, регулярно меняющего свое направление внутри цепи. Определение «переменный» относится к различным видам импульсных, пульсирующих, периодических и квазипериодических токов. Такое название означает, что электрозаряд периодически меняет знак своего направления, то есть, оно может быть положительным и отрицательным.

Разновидности тока

Переменный и постоянный ток

Постоянный ток не меняется во времени. Напряжение между двумя точками в цепи остается таким же, если не меняется структура соединений. Переменный ток непрерывно изменяется и по величине, и по направлению. Он представляет собой гармонические колебания, точкой равновесия которых обычно является 0.

Отличия между токами

При создании электрических цепей и схем следует учитывать вид напряжения. Например, применение постоянного тока превращает идеальные конденсаторы в разрывы, которые просто препятствуют протеканию энергии. Идеальные катушки в этом случае не отличаются от проводников. В такой системе отсутствуют реактивные составляющие.

В цепях, где применяется переменный электрический ток, элементы также ведут себя по-разному. Например, диод не пропустит ток в обратном направлении. Соответственно половина периода колебаний не сможет пройти по такой цепи. Вольтамперные характеристики полупроводниковых приборов преимущественно даются для положительных U и I.

Основные характеристики

Под переменным током в физике чаще всего понимают тот, изменение которого можно характеризовать при помощи закона синуса. Чтобы вычислить переменный ток, используется такая формула:

Формула для тока

Основные величины и параметры переменного тока, характеризующие его:

• Мгновенное значение переменного тока. Так принято называть величину тока, которую можно зафиксировать в определенный момент времени.
• Амплитуда — это максимальное мгновенное значение тока, сила которого измеряется в амперах.
• Период. Этот параметр отсутствует в формуле, но легко может быть определен при помощи частоты. Период измеряется в секундах, обозначается буквой T. Он показывает, за какой промежуток времени совершается одно колебание.
• Частота — это величина обратная периоду. Она показывает число колебаний в единицу времени и измеряется в с^-1 или Гц.

Формула частоты

Для тригонометрических уравнений удобнее применять циклическую частоту. Она связана с обычной частотой следующим соотношением:

Циклическая частота

Хотя единица измерения и не должна меняться, но по традиции для этой величины используют рад/с.

• Фазой называют переменную, которая показывает зависимость колебаний от времени.

Определение фазы

Напряжение изменяется также по гармоническому закону. Измеряется U по-прежнему в вольтах.

График, отражающий зависимость силы тока от времени, называется развернутой диаграммой. На ней вверх от оси абсцисс откладываются положительные значения тока, а вниз отрицательные. Диаграмма позволяет наглядно представить общую картину изменения силы тока с течением времени.

Развернутая диаграмма

Стандартные обозначения

Отличить технику, которая предназначена для постоянного тока от той, что подходит для переменного, можно с помощью характеристик прибора. На корпусе, как правило, есть наклейка, на которой присутствует обозначение. Для постоянного тока применяются латинские буквы DC или значок «—». Для переменного же используют символ «~» или аббревиатуру АС.

Следует отметить, что общих договоренностей или стандартов для характеристик сетей или вида контактов не существует. Можно встретить напряжение 110 или 220 В, но подключать приборы к неподходящему источнику энергии нежелательно. Частота также не одинакова. Она может быть 50 или 60 Гц.

Где используется переменный ток

В повседневной жизни люди сталкиваются и с переменным, и с постоянным током. Последний используется в приборах, работающих от батареек и аккумуляторов, компьютерах, автомобилях и прочей технике. Некоторые приборы подключаются к сетям с переменным напряжением, но преобразуют его в постоянное. Для этого приборы оснащаются выпрямителями или блоками питания.

Дома подключены именно к сети с переменным напряжением. В розетках обычно присутствует именно такой вариант электроэнергии. Сеть может состоять из одной фазы или трех. В последнем случае помимо фазных проводов присутствуют ноль и земля. Трехфазная схема используется для передачи энергии на расстояния, поскольку она позволяет более эффективно эксплуатировать коммуникации.

Трехфазный ток

Переменный ток просто генерировать. Механическое движение проводника в магнитном поле приводит к появлению напряжения на его концах. По этому принципу работают многие дизельные генераторы. Они устроены сходным образом с электродвигателем, но используются иначе. Простота генерации и транспортировки — основные преимущества переменного тока.

На свойствах переменного тока строится прием и передача радиосигналов. Модуляция при этом может производиться по разным параметрам. Например, работа радио в режиме AM осуществляется за счет модуляции, производимой только по амплитуде. Второй вариант — FM. При этом амплитуда остается неизменной, но варьируется частота в пределах выделенного канала.

Видео по теме