Змінний електричний струм

Змінний електричний струм - струм з мінливими в часі напрямком і силою. Ті струми, які змінюються тільки за величиною, називаються пульсуючими. У промисловості та побуті найчастіше використовується змінний синусоїдальний струм.

Перетворення постійного струму в змінний електричний можна виконати наступним чином. Помістимо в рівномірний постійне магнітне поле виток дроту. При рівномірному обертанні цього витка навколо осі магнітний потік буде безперервно змінюватися як за величиною, так і за напрямком. Внаслідок цього, за законом електромагнітної індукції, у витку утворюється змінна за напрямком і величиною електрорушійна сила (ЕРС). Якщо такий виток приєднати до зовнішнього ланцюга, то в ній ми отримаємо змінний електричний струм.

Коли площина обертового витка стає перпендикулярна по відношенню до силових ліній даного магнітного поля, що проходить крізь неї магнітний потік - найбільший (Phi- = Phi-max), швидкість ж зміни його дорівнює нулю (Delta-Phi- / Delta-t = 0), так як, проходячи через таке положення, провідники витка прослизають по силових лініях поля, не перетинаючи їх. А значить, ЕРС індукції, що утворюється у витку, стане дорівнює нулю (Е = 0).

Коли ж площину витка паралельна силовим лініям поля, потік, що пронизує її, дорівнює нулю (Phi- = 0), швидкість ж зміни його в такому положенні найбільша ((Delta-Phi- / Delta-t) max), оскільки провідники витка рухаються перпендикулярно відносно силових ліній.

ЕРС, що виникає в цьому випадку у витку, має найбільше значення (E = Emax). При подальшому обертанні витка швидкість зміни потоку, який пронизує виток, буде увелічіваться- значить, ЕРС за абсолютною величиною буде зростати від 0 до Emax. Так, рівень ЕРС індукції в обертовому витку за один його оборот змінюється від -Emax до + Emax.

Розімкніть виток дроту і приєднаємо його до осцилографа. Коли виток обертається в магнітному полі, осцилограф запише всі зміни струму, за якими можна буде судити і про зміну електрорушійної сили у витку за час одного обороту.

Струм, що виникає у витку при його рівномірному зверненні в рівномірному магнітному полі, як показує осциллограмма, змінюється синусоидально. Такий струм називають змінним синусоїдальним.

Проміжок часу, за який електрорушійна сила виконує одне коливання, називають періодом змінного струму.

Літерне позначення періоду коливання - Т. Число коливань за 1 секунду - частота струму, яку позначають буквою f. Її одиниця виміру - герц (Гц):

f = 1 / T, або T = 1 / f.

Якщо значення ЕРС в деякий довільний момент часу ми позначимо через е (її миттєве значення), а найбільше значення (амплітудне) - через Emax, то закон, що виражає залежність е від часу, в разі синусоїдального струму можна виразити у вигляді наступного виразу:

e = Emax? sin (2 / T) t.

У більшості країн в промисловості і в побуті використовують змінний електричний струм з частотою 50 Гц, тривалістю періоду 0,02 секунди.

Отримання змінного електричного струму з механічної енергії виконується за допомогою спеціальних машин, які називають генераторами. В основі принципу їх роботи - закон електромагнітної індукції. Найпростіша схема генератора може бути представлена у вигляді рамки, що обертається навколо осі в магнітному полі електромагніту або постійного магніту. При обертанні рамки в ній утворюється змінна електрорушійна сила. Поєднавши рамку з зовнішньої ланцюгом, отримаємо змінний електричний струм. Генератор змінного струму, що має нерухому магнітну систему і обертаються витки, будується досить рідко.

Майже у всіх таких генераторах обмотка (якір) встановлена нерухомо, а магнітна система (індуктор) обертається. Нерухому частину генератора називають статор, а рухому - ротор.