Переменное напряжение (AC)

Переменное напряжение (AC) – это тип напряжения, которое со временем меняется по определенному закону.

Другими словами, его величина и направление не остаются постоянными, а колеблются.

Наиболее распространенным видом переменного напряжения является синусоидальное напряжение, которое имеет форму синусоиды.

Характеристики переменного напряжения:

• Амплитуда: Наибольшее значение напряжения в течение одного периода. Измеряется в вольтах (В).
• Частота: Количество полных колебаний напряжения в секунду. Измеряется в герцах (Гц).
• Период: Время, за которое происходит одно полное колебание напряжения. Измеряется в секундах (с).
• Среднее значение: Среднее значение напряжения за один период. Для синусоидального тока оно равно 0,707 от амплитуды.
• Действующее значение: Значение постоянного тока, которое производит такое же тепловое воздействие, как и переменный ток. Для синусоидального тока оно равно амплитуде.

Напряжение (U или V): Все, что вам нужно знать

Напряжение, обозначаемое буквой U или V, является фундаментальной физической величиной в электротехнике.

Оно характеризует разность электрических потенциалов между двумя точками проводника.

Проще говоря, напряжение показывает, с какой силой электрическое поле будет "толкать" заряженные частицы (например, электроны) от одной точки к другой.

Единицей измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ) является вольт (В).

Один вольт (В) определяется как напряжение, которое необходимо приложить к проводнику с сопротивлением 1 Ом, чтобы через него протекал ток силой 1 ампер (А).

Виды напряжения

Существует два основных вида напряжения:

• Постоянное напряжение (DC):
  • Не меняется со временем.
  • Примеры: батареи, аккумуляторы, источники питания постоянного тока.
• Переменное напряжение (AC):
  • Со временем меняется по определенному закону.
  • Наиболее распространенный вид: синусоидальное напряжение (имеет форму синусоиды).
  • Примеры: розетки электросети, генераторы переменного тока.

Измерение напряжения

Существует несколько основных способов измерения напряжения:

• Вольтметр: Прибор, специально предназначенный для измерения напряжения.
• Осциллограф: Позволяет не только измерять напряжение, но и наблюдать его форму во времени.
• Мультиметр: Универсальный прибор, измеряющий не только напряжение, но и другие величины (ток, сопротивление).

Применение напряжения

Напряжение играет ключевую роль в работе различных электротехнических устройств:

• Источники питания: Генерируют напряжение, которое используется для питания электронных устройств.
• Проводники: Напряжение создает электрическое поле в проводниках, приводя к протеканию тока.
• Электронные устройства: Управляет работой различных компонентов.

Вихревые токи (токи Фуко)

Вихревые токи, также известные как токи Фуко (в честь французского физика Жана Бернара Леона Фуко), – это индукционные токи, которые возникают в проводящем материале, когда он находится в переменном магнитном поле.

Направление вихревых токов всегда противоположно направлению магнитного поля, которое их индуцирует.

Сила вихревых токов зависит от:

• Скорости изменения магнитного поля: Чем быстрее изменяется магнитное поле, тем сильнее вихревые токи.
• Проводимости материала: Чем выше проводимость материала, тем сильнее вихревые токи.
• Размеры и формы проводника: Чем больше площадь сечения проводника и чем сложнее его форма, тем сильнее вихревые токи.

Вихревые токи имеют ряд свойств:

• Они всегда замкнутые: Вихревые токи не выходят за пределы проводника.
• Они имеют круговую форму: Линии тока вихревых токов всегда представляют собой окружности.
• Они индуцируются только в проводящих материалах: В диэлектриках и полупроводниках вихревые токи не возникают.

Вихревые токи имеют ряд применений:

• Магнитные тормоза: Вихревые токи используются в магнитных тормозах для замедления или остановки вращающихся объектов.
• Индукционные печи: Вихревые токи используются в индукционных печах для нагрева металлов.
• Электромагнитные насосы: Вихревые токи используются в электромагнитных насосах для перемещения жидких металлов.
• Бесконтактные датчики: Вихревые токи используются в бесконтактных датчиках для измерения скорости, перемещения и других параметров.

Непериодический переменный ток

Непериодический переменный ток (НПТ) – это тип электрического тока, который изменяется во времени, но не имеет определенного периода.

Другими словами, его колебания не повторяются через равные промежутки времени.

НПТ может иметь различную форму, например, импульсную, случайную или хаотическую.

Причины возникновения НПТ:

• Работа электронных устройств: Многие электронные устройства, например, компьютеры, телевизоры и импульсные источники питания, генерируют НПТ.
• Разряды молний: Молнии представляют собой мощные разряды электричества, которые создают НПТ в проводниках, по которым они проходят.
• Шумы и помехи: В электросети могут присутствовать шумы и помехи от различных источников, которые могут создавать НПТ.

Несинусоидальные токи

Несинусоидальные токи – это тип переменного тока (AC), форма которого не является синусоидальной.

Другими словами, их график зависимости силы тока от времени не представляет собой синусоиду.

Несинусоидальные токи могут возникать по ряду причин:

• Наличие нелинейных элементов в цепи: Нелинейные элементы, такие как диоды, тиристоры и транзисторы, могут искажать форму синусоидального тока.
• Работа электронных устройств: Многие электронные устройства, например, компьютеры, телевизоры и импульсные источники питания, генерируют несинусоидальные токи.
• Наличие помех: В электросети могут присутствовать помехи от различных источников, которые могут искажать форму синусоидального тока.

Периодический переменный ток

Периодический переменный ток (ПТ) – это тип электрического тока, который изменяется во времени по определенному закону и повторяется через равные промежутки времени.

Другими словами, он не является постоянным, как постоянный ток (DC), а колеблется между двумя крайними значениями.

Основные характеристики ПТ:

• Амплитуда: Наибольшее значение силы тока в течение одного периода. Измеряется в амперах (А).
• Частота: Количество полных колебаний тока в секунду. Измеряется в герцах (Гц).
• Период: Время, за которое происходит одно полное колебание тока. Измеряется в секундах (с).
• Среднее значение: Среднее значение силы тока за один период. Для синусоидального тока оно равно 0,707 от амплитуды.
• Действующее значение: Значение постоянного тока, которое производит такое же тепловое воздействие, как и переменный ток. Для синусоидального тока оно равно амплитуде.

Ливневый ток (сквозной ток)

Ливневый ток, также известный как сквозной ток, - это импульсный ток большой величины, который проходит через проводник или устройство в течение короткого промежутка времени.

Он возникает в различных ситуациях, например:

• При ударе молнии: Молния представляет собой мощный разряд электричества, который создает ливневый ток в проводниках, по которым она проходит.
• При коммутации электрических цепей: При включении или выключении некоторых электроприборов, например, электродвигателей, возникает ливневый ток.
• При коротких замыканиях: Короткое замыкание - это ненормальное соединение двух точек проводника, которое приводит к резкому увеличению тока.

Синусоидальный ток

Синусоидальный ток – это особый вид переменного тока, который характеризуется тем, что его величина и направление меняются во времени по закону синуса.

Это означает, что график зависимости силы тока от времени представляет собой синусоиду.

Математически синусоидальный ток можно описать формулой:

i(t) = Im * sin(2πft + α)

где:

• i(t) – мгновенное значение силы тока в момент времени t;
• Im – амплитуда тока (наибольшее значение силы тока);
• f – частота тока (количество полных колебаний в секунду);
• t – время;
• α – начальная фаза тока (угол, на который синусоида смещена по отношению к оси времени).

Пульсирующий ток

Пульсирующий ток – это тип электрического тока, который периодически меняет свою величину, но всегда течет в одном направлении.

Иными словами, он не меняет свою полярность, как переменный ток (AC), но имеет непостоянное значение.

Пульсирующий ток можно представить как серию импульсов постоянного тока, следующих друг за другом с определенной частотой.

Характеристики пульсирующего тока:

• Среднее значение: Среднее значение силы тока за один период. Измеряется в амперах (А).
• Амплитуда: Наибольшее значение силы тока в течение одного периода. Измеряется в амперах (А).
• Коэффициент пульсаций: Отношение разницы между пиковым и средним значениями силы тока к среднему значению.

Получение пульсирующего тока:

• Выпрямление переменного тока: Самый распространенный способ получения пульсирующего тока – это выпрямление переменного тока с помощью диодов или других выпрямительных устройств.
• Разрядка конденсаторов: Пульсирующий ток также можно получить, разряжая конденсатор через резистор.
• Специальные генераторы: Существуют специальные генераторы, которые генерируют пульсирующий ток непосредственно.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток (DC) – это тип электрического тока, который всегда течет в одном направлении и не меняет свою величину с течением времени.

В отличие от переменного тока (AC), который периодически меняет направление и величину, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или поток зарядов.

Характеристики постоянного тока:

• Напряжение (U): Разница потенциалов между двумя точками в электрической цепи. Измеряется в вольтах (В).
• Сила тока (I): Количество электрических зарядов, проходящих через проводник в единицу времени. Измеряется в амперах (А).
• Сопротивление (R): Мера способности проводника противодействовать потоку электрического тока. Измеряется в омах (Ом).

Источники постоянного тока:

• Батареи и аккумуляторы: Химические источники энергии, которые преобразуют химическую энергию в электрическую.
• Выпрямители: Устройства, которые преобразуют переменный ток в постоянный.
• Генераторы постоянного тока: Электрические машины, которые генерируют постоянный ток.

Применение постоянного тока:

• Электронные устройства: Постоянный ток используется для питания большинства электронных устройств, таких как компьютеры, смартфоны и телевизоры.
• Аккумуляторы: Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов, которые затем используются для питания различных устройств.
• Электролиз: Постоянный ток используется для разделения химических соединений на их составные элементы.
• Электродвигатели: Постоянный ток используется для питания электродвигателей, которые используются в различных устройствах, таких как электроинструменты и роботы.