Istosmjerna ili izmjenična struja. Izmjenična električna struja

Upute

Prvo, shvatimo kolika je električna struja. Smjerno kretanje () nabijenih čestica naziva se električna struja. U izmjeničnoj struji vodiča u jednakim razmacima prolazi različit broj nabijenih čestica. U konstanti je količina tih čestica za isto vrijeme uvijek ekvivalentna.

Izmjenična struja stalno mijenja svoju snagu, veličinu ili smjer. A te su promjene uvijek periodične, odnosno ponavljaju se u pravilnim razmacima. Na primjer, korištenjem varijable Trenutno nemoguće je napuniti bateriju ili se ne može koristiti u takve tehničke svrhe.

Za razliku od konstantnog Trenutno, varijabla ima nekoliko dodatnih vrijednosti: - period - vremenska vrijednost završetka punog ciklusa pokazatelja varijable Trenutno; poluperiod i frekvencija (broj ciklusa u određenom vremenskom razdoblju); - amplituda - najveća vrijednost varijable Trenutno; - trenutna vrijednost - vrijednost Trenutno u ovom trenutku.

Izmjenična struja je češća i široko korištena. Lakše ga je pretvoriti u izmjeničnu struju drugog napona, mijenjati napon u mrežama ovisno o potrebnim potrebama. To se može učiniti pomoću transformatora. Transformator je uređaj koji pretvara izmjeničnu struju jednog napona u istu struju, ali različitog napona na istoj frekvenciji Trenutno.

Krupozna pneumonija počinje akutno, najčešće, nakon teške hipotermije. Temperatura je do 39-40 stupnjeva, pacijent ima jaku zimicu. Bol se javlja odmah pri disanju i sa strane zahvaćenog pluća. Kašalj je popraćen ispuštanjem gnojnog viskoznog sputuma iz krvi. Stanje bolesnika je teško. Disanje je plitko, ubrzano, s oticanjem krila nosa. Zahvaćena strana prsnog koša osjetno zaostaje za zdravom prilikom disanja.

Danas na planeti Zemlji 98% sve električne energije proizvodi alternatori. Takvu struju je prilično lako generirati i prenositi na velike udaljenosti. U tom slučaju, struja i napon mogu više puta rasti i padati - transformirati. Rad se obavlja ne naponom, već strujom. Stoga, što je manja njegova vrijednost, to su manji gubici u žicama.

Mnogi korisnici vjeruju da se koristi samo izmjenična struja napona 220V i frekvencije 50Hz. To vrijedi samo za žarulje sa žarnom niti, elektromotore u usisivačima, hladnjake.

U bilo kojem složenom kućanskom uređaju koji se napaja mrežom izmjenične struje, postoje čvorovi koji rade na konstantnom naponu s različitim vrijednostima. Gotovo je nemoguće predvidjeti koje bi to vrijednosti mogle biti. Stoga svi potrošači u utičnici imaju izmjeničnu struju iste frekvencije i napona.

D.C

Unatoč činjenici da je udio DC generacije samo 2%, njegova je vrijednost prilično velika. Istosmjernu struju generiraju galvanske ćelije, baterije, termoelementi, solarni paneli.

Solarne baterije danas postaju vrlo obećavajuće područje energetike, kada se oštro postavlja pitanje korištenja obnovljivih izvora energije.

Istosmjerna struja pokreće motore lokomotiva u željezničkom prometu i koristi se u mreži zrakoplova i automobila.

Na cestama modernih gradova sve je više električnih i hibridnih vozila. Kako bi napunili svoje baterije, stanice se grade kako bi zadovoljile njihove potrebe za istosmjernom strujom.

Kakve bi trebale biti utičnice

Dimenzije utičnica, njihov tip, materijal od kojeg su izrađene ovise prvenstveno o namjeni utičnica, strujama i naponima za koje su namijenjene. Uređaji s konstantnim naponom imaju polarizirane utikače. Stoga utičnice za njih moraju biti polarizirane. Tada čak ni neiskusni korisnik neće moći zbuniti gdje su "+" i "-".

Izmjenična struja u krugu je električni tok nabijenih čestica čiji se smjer i brzina periodično mijenjaju u vremenu prema određenom zakonu.

Upute

Pogledajte općenito u električnom krugu opisanom u školskom udžbeniku. Tamo ćete vidjeti da je izmjenična struja električna struja čija se vrijednost mijenja prema sinusoidnom ili kosinusnom zakonu. To znači da se veličina struje u AC mreži mijenja prema sinusnom ili kosinusnom zakonu. Strogo govoreći, to odgovara struji koja teče u električnoj mreži kućanstva. Međutim, sinusna struja nije opća definicija izmjenične struje i ne objašnjava u potpunosti prirodu njezina toka.

Nacrtajte sinusoidni graf na komad papira. Iz ovog grafikona se može vidjeti da se vrijednost same funkcije, izražena trenutnom jakošću u ovom kontekstu, mijenja iz pozitivne vrijednosti u negativnu vrijednost. Štoviše, vrijeme nakon kojeg dolazi do promjene predznaka uvijek je isto. Ovo vrijeme se naziva periodom kolebanja struje, a vrijednost inverzna vremenu naziva se frekvencijom izmjenične struje. Na primjer, AC frekvencija kućne mreže je 50 Hz.

Fizički primijetite funkciju preokretanja znakova. Zapravo, to samo znači da u nekom trenutku struja počinje teći u suprotnom smjeru. Štoviše, ako je zakon promjene sinusoidan, tada se promjena smjera kretanja ne događa naglo, već s postupnim usporavanjem. Otuda i koncept izmjenične struje, i njena glavna razlika od istosmjerne struje, koja uvijek teče u istom smjeru i ima stalnu vrijednost. Kao što znate, smjer struje je određen smjerom pozitivno nabijenih čestica u krugu. Dakle, u krugu izmjenične struje nabijene čestice nakon određenog vremena mijenjaju smjer kretanja u suprotan.

struja- to je usmjereno ili uređeno kretanje nabijenih čestica: elektrona u metalima, u elektrolitima - iona, a u plinovima - elektrona i iona. Električna struja može biti konstantna ili izmjenična.

Određivanje istosmjerne električne struje, njezini izvori

D.C(DC, na engleskom Direct Current) je električna struja čija se svojstva i smjer ne mijenjaju tijekom vremena. Istosmjerna struja i napon su označeni u obliku kratke vodoravne crte ili dvije paralelne crte, od kojih je jedna isprekidana.

Korištena stalna struja u automobilima iu domovima, u brojnim elektroničkim uređajima: prijenosnim računalima, računalima, televizorima itd. Izmjerena električna struja iz utičnice pretvara se u istosmjernu struju pomoću jedinice za napajanje ili naponskog transformatora s ispravljačem.

Svaki električni alat, uređaj ili uređaj koji se napaja baterijama također je istosmjerni potrošač, jer je baterija ili akumulator isključivo izvor istosmjerne struje, koja se po potrebi pomoću posebnih pretvarača (invertera) pretvara u izmjeničnu struju.

Kako radi AC

Naizmjenična struja(AC na engleskom Alternating Current) je električna struja koja se mijenja u veličini i smjeru tijekom vremena. Na električnim uređajima konvencionalno se označava segmentom sinusoida "~".
Ponekad se nakon sinusoida mogu naznačiti karakteristike izmjenične struje - frekvencija, napon, broj faza.

Izmjenična struja može biti jednofazna ili trofazna, za koju trenutne vrijednosti struje i napona variraju prema harmonijskom zakonu.

Glavne karakteristike izmjenična struja - efektivni napon i frekvencija.

Bilješka, kao u lijevom grafikonu za jednofaznu struju, smjer i veličina napona se mijenjaju s prijelazom na nulu tijekom vremenskog razdoblja T, a u drugom grafikonu za trofaznu struju dolazi do pomaka od tri sinusoidi za jednu trećinu perioda. Na desnom grafikonu faza 1 označena je slovom "a", a druga slovom "b". Poznato je da u kućnoj utičnici ima 220 volti. Ali malo ljudi zna da je to efektivna vrijednost izmjeničnog napona, ali vršna ili maksimalna vrijednost bit će veća za korijen dva, odnosno bit će jednaka 311 volti.

Dakle, ako se za istosmjernu struju vrijednost i smjer napona ne mijenjaju tijekom vremena, tada se za izmjeničnu struju napon stalno mijenja po veličini i smjeru (grafikon ispod nule je suprotan smjer).

I tako smo došli na koncept frekvencije Omjer je broja kompletnih ciklusa (perioda) i jedinice vremena periodično promjenjive električne struje. Mjereno u hercima. Kod nas i u Europi frekvencija je 50 Hertz, u SAD-u - 60 Hz.

Što znači 50 Hertz? To znači da naša izmjenična struja mijenja smjer u suprotan i obrnuto (segment T- na grafikonu) 50 puta u sekundi!

AC izvori su sve utičnice u kući i sve što je direktno žicama ili kabelima spojeno na električnu ploču. Mnogi ljudi imaju pitanje: zašto u utičnici nema istosmjerne struje? Odgovor je jednostavan. U izmjeničnim mrežama vrijednost napona se lako i uz minimalne gubitke pretvara na potrebnu razinu pomoću transformatora u bilo kojem volumenu. Napon se mora povećati kako bi se električna energija mogla prenositi na velike udaljenosti s najmanjim gubicima u industrijskim razmjerima.
Iz elektrane gdje su snažni električni generatori, izlazi napon od 330.000-220.000, zatim se kod naše kuće na trafostanici pretvara sa 10.000 volti u trofazni napon od 380 volti, koji dolazi u stambenu zgradu, i jednostruki -fazni napon dolazi u naš stan, jer između napona je 220 V, a između suprotnih faza u električnoj ploči je 380 volti.

Još jedna od važnih prednosti izmjeničnog napona je da su asinkroni AC motori strukturno jednostavniji i rade mnogo pouzdanije od istosmjernih motora.

Kako izmjeničnu struju učiniti konstantnom

Za potrošače koji rade na istosmjernu struju, izmjenična se struja pretvara pomoću ispravljača.

DC u AC pretvarač

Ako nema poteškoća s pretvorbom izmjenične struje u istosmjernu, onda je s obrnutom pretvorbom sve mnogo kompliciranije. Kod kuće za ovo korišten inverter- Ovo je generator periodičnog napona iz konstante, oblika bliskog sinusoidi.

Unatoč činjenici da je električna struja neizostavan dio modernog života, mnogi korisnici ne znaju ni osnovne podatke o njoj. U ovom članku, izostavljajući tečaj osnovne fizike, razmotrit ćemo kako se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične struje, kao i kako se koristi u suvremenim kućanskim i industrijskim uvjetima.

U kontaktu s

Razlika u vrstama struje

Što je aktualno, ovdje nećemo razmatrati, ali odmah prijeđimo na glavnu temu članka. Izmjenična struja se razlikuje od stalne struje po tome što je kontinuirano mijenja smjer kretanja i njegovu veličinu.

Te se promjene provode u periodima u jednakim vremenskim intervalima. Za stvaranje takve struje koriste se posebni izvori ili generatori koji proizvode izmjenični EMF (elektromotorna sila), koji se redovito mijenja.

Osnovni sklop spomenutog uređaja za generiranje izmjenične struje prilično je jednostavan. Ovo je pravokutni okvir izrađen od bakrenih žica, koji je pričvršćen na osovinu, a zatim se rotira u polju magneta pomoću remenskog pogona. Krajevi ovog okvira su zalemljeni na bakrene kontaktne prstenove koji klize izravno preko kontaktnih ploča, rotirajući sinkronizirano s okvirom.

Pod uvjetom ujednačenog ritma rotacije počinje se inducirati EMF, koji se povremeno mijenja. Izmjerite EMF koji nastaje u okviru, eventualno posebnim uređajem. Zahvaljujući izgledu, doista je moguće odrediti izmjenični EMF, a uz njega i izmjeničnu struju.

U grafičkom dizajnu ove vrijednosti su karakteristično prikazane u obliku valovite sinusoide... Koncept sinusoidne struje često se odnosi na izmjeničnu struju, budući da je ova vrsta promjene struje najčešća.

Izmjenična struja je algebarska veličina, a njezina vrijednost u određenom trenutku naziva se trenutna vrijednost. Predznak same izmjenične struje određen je smjerom u kojem struja teče u određenom trenutku. Dakle, predznak je pozitivan i negativan.

Trenutne karakteristike

Za usporednu ocjenu svih vrsta izmjeničnih struja koriste se kriteriji tzv AC parametri, među kojima:

• razdoblje;
• amplituda;
• frekvencija;
• kružna frekvencija.

Razdoblje - vremensko razdoblje u kojem se izvodi potpuni ciklus promjene struje. Maksimalna vrijednost naziva se amplituda. Broj završenih razdoblja u 1 sekundi nazivao se frekvencijom izmjenične struje.

Navedeni parametri omogućuju razlikovanje različitih vrsta izmjeničnih struja, napona i EMF-a.

Prilikom izračunavanja otpora različitih strujnih krugova na djelovanje izmjenične struje, dopušteno je spojiti još jedan karakterističan parametar tzv. kutne ili kružne frekvencije... Ovaj parametar je određen brzinom rotacije gornjeg okvira pod određenim kutom u jednoj sekundi.

Važno! Treba razumjeti kako se struja razlikuje od napona. Temeljna razlika je poznata: struja je količina energije, a napon se naziva mjera.

Izmjenična struja je dobila ime jer se smjer gibanja elektrona stalno mijenja, poput naboja. Ima različite frekvencije i električne napone.

To je ono što ga razlikuje od istosmjerne struje, gdje smjer kretanja elektrona je nepromijenjen... Ako su otpor, napon i jakost struje nepromijenjeni, a struja teče samo u jednom smjeru, tada je takva struja konstantna.

Za prolaz istosmjerne struje u metalima bit će potrebno da se izvor konstantnog napona zatvori na sebe uz pomoć vodiča, koji je metal. U nekim se situacijama za generiranje istosmjerne struje koristi kemijski izvor energije nazvan galvanska ćelija.

Strujni prijenos

Izvori izmjenične struje su konvencionalne zidne utičnice. Nalaze se u objektima različitih namjena iu stambenim prostorima. Na njih su spojeni razni električni uređaji koji primaju napon potreban za njihov rad.

Korištenje izmjenične struje u električnim mrežama ekonomski je izvedivo, budući da veličina njegovog napona može se transformirati na razinu traženih vrijednosti. To se radi uz pomoć transformatorske opreme s dopuštenim neznatnim gubicima. Prijevoz od izvora napajanja do krajnjih korisnika je jeftiniji i lakši.

Prijenos struje do potrošača počinje izravno u elektrani koja koristi niz iznimno snažnih električnih generatora. Od njih se dobiva električna struja koja se kroz kabele usmjerava na transformatorske podstanice. Trafostanice se često nalaze u blizini industrijskih ili stambenih objekata za potrošnju električne energije. Struja koju primaju trafostanice pretvara se u trofazni izmjenični napon.

Baterije i akumulatori sadrže stalnu struju, koju karakterizira stabilnost svojstava, t.j. ne mijenjaju se tijekom vremena. Koristi se u svim modernim električnim proizvodima, kao i u automobilima.

Trenutna konverzija

Razmotrimo odvojeno proces pretvaranja izmjenične struje u istosmjernu. Ovaj proces se provodi pomoću specijaliziranih ispravljača i uključuje tri koraka:

1. Prvi korak je spajanje četverodiodnog mosta zadane snage. To, pak, omogućuje postavljanje jednosmjernog gibanja za nabijene čestice. Osim toga, snižava gornje vrijednosti sinusoida svojstvenih izmjeničnoj struji.
2. Zatim se spaja filtar za izravnavanje ili specijalizirani kondenzator. To se radi od diodnog mosta do izlaza. Sam filtar pomaže u ispravljanju padova između vršnih vrijednosti sinusoida. A spajanje kondenzatora značajno smanjuje mreškanje i dovodi ih na minimalne vrijednosti.
3. Zatim se spajaju uređaji za stabilizaciju napona kako bi se smanjilo mreškanje.

Ovaj se proces, ako je potrebno, može provesti u dva smjera, pretvarajući istosmjernu i izmjeničnu struju.

Druga karakteristična značajka je širenje elektromagnetskih valova u odnosu na prostor. Dokazano je da konstantna vrsta struje ne dopušta širenje elektromagnetskih valova u prostoru, a izmjenična struja može uzrokovati njihovo širenje. Osim toga, kod prijenosa izmjenične struje kroz žice, indukcijski gubici su znatno manji nego kod prijenosa istosmjerne struje.

Opravdanje izbora struje

Raznolikost struja i nedostatak jedinstvenog standarda determinirani su ne samo potrebom za različitim karakteristikama u svakoj pojedinačnoj situaciji. U rješavanju većine problema prevladava izmjenična struja. Ova razlika između vrsta struja posljedica je sljedećih aspekata:

• Sposobnost prijenosa izmjenične struje na velike udaljenosti. Sposobnost pretvaranja u različite električne krugove s dvosmislenom razinom potrošnje.
• Održavanje konstantnog napona za izmjeničnu struju pokazuje se dvostruko jeftinijim od konstantnog napona.
• Proces pretvaranja električne energije izravno u mehaničku silu provodi se uz znatno nižu cijenu u mehanizmima i AC motorima.

Kretanje elektrona u vodiču

Da biste razumjeli što je struja i odakle dolazi, morate imati malo znanja o strukturi atoma i zakonima njihovog ponašanja. Atomi se sastoje od neutrona (s neutralnim nabojem), protona (pozitivan naboj) i elektrona (negativan naboj).

Električna struja nastaje kao rezultat usmjerenog kretanja protona i elektrona, kao i iona. Kako se može usmjeriti kretanje tih čestica? Tijekom bilo koje kemijske operacije, elektroni se "otrgnu" i prenose s jednog atoma na drugi.

Oni atomi s kojih se elektron „otrgne“ postaju pozitivno nabijeni (anioni), a oni na koje se pridružio – negativno nabijeni i nazivaju se kationi. Kao rezultat ovih "preskakanja" elektrona, nastaje električna struja.

Naravno, ovaj proces ne može trajati vječno, električna struja će nestati kada se svi atomi sustava stabiliziraju i budu neutralno napunjeni (odličan svakodnevni primjer je obična baterija koja “sjedne” kao rezultat završetka kemijska reakcija).

Proučite povijest

Stari Grci prvi su primijetili zanimljiv fenomen: ako trljate jantarni kamen o vunenu tkaninu, tada počinje privlačiti male predmete. Sljedeće korake poduzeli su znanstvenici i izumitelji renesanse, koji su izgradili nekoliko zanimljivih uređaja koji demonstriraju ovaj fenomen.

Nova faza u proučavanju elektriciteta bio je rad Amerikanca Benjamina Franklina, posebice njegovi eksperimenti s Leidenskom bankom - prvim električnim kondenzatorom na svijetu.

Franklin je uveo koncept pozitivnih i negativnih naboja, a izumio je i gromobran. Konačno, proučavanje električne struje postalo je egzaktna znanost nakon opisa Coulombovog zakona.

Osnovni obrasci i sile u električnoj struji

Ohmov zakon – njegova formula opisuje odnos sile, napetosti i otpora. Otkrio ju je u 19. stoljeću njemački znanstvenik Georg Simon Ohm. Po njemu je nazvana jedinica za mjerenje električnog otpora. Njegova otkrića bila su vrlo korisna izravno za praktičnu upotrebu.

Joule-Lenzov zakon kaže da se rad obavlja na bilo kojem dijelu električnog kruga. Kao rezultat ovog rada, vodič se zagrijava. Ovaj se toplinski učinak često koristi u praksi u inženjerstvu i tehnologiji (izvrstan primjer je žarulja sa žarnom niti).

Ovaj obrazac je dobio ovo ime jer su ga dva znanstvenika odjednom, otprilike istovremeno i neovisno, zaključila eksperimentima
.

Početkom 19. stoljeća britanski znanstvenik Faraday shvatio je da je promjenom broja indukcijskih vodova koji prodiru u površinu omeđenu zatvorenim krugom moguće napraviti indukcijsku struju. Vanjske sile koje djeluju na slobodne čestice nazivaju se elektromotorna sila (EMF indukcije).

Sorte, karakteristike i mjerne jedinice

Električna struja može biti ili varijabla, ili trajna.

Konstantna električna struja je struja koja s vremenom ne mijenja svoj smjer i predznak, ali može promijeniti svoju vrijednost. Konstantna električna struja kao izvor najčešće koristi galvanske ćelije.

Varijabla je ona koja mijenja smjer i predznak prema kosinusnom zakonu. Njegova karakteristika je frekvencija. SI jedinice su Hertz (Hz).

Posljednjih desetljeća postala je vrlo raširena. Ovo je vrsta izmjenične struje koja uključuje 3 kruga. U tim krugovima djeluje promjenjivi EMF iste frekvencije, ali se odvija u fazi jedna u odnosu na drugu trećinu perioda. Svaki pojedinačni električni krug naziva se faza.

Gotovo svi moderni generatori proizvode trofaznu električnu struju.

• Jačina i količina struje

Jačina struje ovisi o količini naboja koji teče u električnom krugu u jedinici vremena. Jačina struje je omjer električnog naboja koji prolazi poprečnim presjekom vodiča i vremena njegovog prolaska.

U SI sustavu jedinica za mjerenje sile naboja je kulon (C), vrijeme je sekunda (s). Kao rezultat, dobivamo C / s, ova jedinica se zove Amper (A). Jačina električne struje mjeri se pomoću instrumenta - ampermetra.

• napon

Napon je omjer rada i punjenja. Rad se mjeri u džulima (J), naboj u privjescima. Ova jedinica se zove Volt (V).

• Električni otpor

Očitavanja ampermetra na različitim vodičima daju različite vrijednosti. A da bi se izmjerila snaga električnog kruga, morala bi se koristiti 3 uređaja. Fenomen se objašnjava činjenicom da svaki vodič ima različitu vodljivost. Mjerna jedinica naziva se Ohm i označava se latiničnim slovom R. Otpor također ovisi o duljini vodiča.

• Električni kapacitet

Dva vodiča, jedan izoliran od drugog, mogu pohraniti električne naboje. Ovu pojavu karakterizira tjelesna. veličina koja se zove električni kapacitet. Njegova mjerna jedinica je farad (F).

• Snaga i rad električne struje

Rad električne struje na određenom dijelu strujnog kruga jednak je množenju napona jačinom i vremenom. Napon se mjeri u voltima, snaga u amperima, vrijeme u sekundama. Mjerna jedinica za rad bio je džul (J).

Snaga električne struje je omjer rada i vremena njegovog završetka. Snaga je označena slovom P i mjeri se u vatima (W). Formula snage je vrlo jednostavna: amperaža pomnožena naponom.

Postoji i jedinica koja se zove vat sat. Ne treba ga brkati s vatima, to su 2 različite fizičke veličine. Vati mjere snagu (brzinu kojom se energija troši ili prenosi), dok se vat-sati koriste za izražavanje energije proizvedene tijekom određenog vremena. Ovo se mjerenje često primjenjuje na kućanske električne uređaje.

Na primjer, svjetiljka snage 100 W radila je jedan sat, zatim je potrošila 100 W * h, a svjetiljka snage 40 W potrošit će istu količinu električne energije za 2,5 sata.

Da biste izmjerili snagu električnog kruga, koristite vatmetar

Koja je vrsta struje učinkovitija i koja je razlika između njih?

Konstantna električna struja je jednostavna za korištenje u slučaju paralelnog spajanja generatora, a za izmjeničnu struju potrebna je sinkronizacija generatora i elektroenergetskog sustava.

U povijesti se dogodio događaj pod nazivom "Rat struja". Ovaj "rat" odvijao se između dva briljantna izumitelja - Thomasa Edisona i Nikole Tesle. Prvi je podržavao i aktivno promicao konstantnu električnu struju, a drugi varijabilnu. “Rat” je završio Teslinom pobjedom 2007. godine, kada je New York konačno prešao na izmjenjivanje.

Pokazalo se da je razlika u učinkovitosti prijenosa energije na daljinu velika u korist izmjenične struje. Ne može se koristiti stalna električna struja ako je stanica udaljena od potrošača.

Ali trajni je ipak pronašao opseg: naširoko se koristi u elektrotehnici, galvanizaciji i nekim vrstama zavarivanja. Također, stalna električna struja postala je vrlo raširena u području gradskog prometa (trolejbusi, tramvaji, metro).

Naravno, nema dobrih ili loših struja, svaka vrsta ima svoje prednosti i nedostatke, najvažnije je pravilno ih koristiti.

Govoreći o istosmjernoj struji (vidi odjeljak "O struji"), otkrili smo da ona teče u jednom smjeru - od plusa izvora do minusa (to je prihvaćeno, iako je zapravo bilo obrnuto). Međutim, u većini slučajeva morate se nositi s izmjeničnom strujom. S izmjeničnom strujom, elektroni se ne kreću u jednom smjeru, već naizmjenično u jednom smjeru, zatim u drugom, mijenjajući svoj smjer. Stoga, kada je žarulja uključena, elektroni u njezinoj žarnoj niti (i u žicama također) kreću se u jednom ili drugom smjeru. Ovo kretanje je konvencionalno prikazano na slikama 1 i 2. Pokušajte trčati na ovaj ili onaj način. Lako je pogoditi da ga kod takvog kretanja, prije nego što promijenite smjer kretanja, morate prvo usporiti, zatim se ukočiti na mjestu, pa tek onda jurnuti u drugom smjeru. Kakav je odnos sa strujom? Prije promjene gibanja elektroni se moraju usporiti (sve to razmatramo u usporenom kretanju). To znači da će se struja smanjiti, a svjetiljka bi trebala smanjiti svjetlinu. A kad prestanu prije promjene pokreta, trebao bi se sasvim ugasiti. Ali mi to ne vidimo. Zašto? Budući da nit sa žarnom niti ima toplinsku inertnost i ne može se ohladiti u djeliću sekunde. Stoga ne vidimo treptanje. Međutim, svatko od nas je čuo zujanje radnog transformatora, što je povezano s izmjeničnim smjerom toka struje.

Sada je vrijedno razmisliti. Znači li to da u djeliću sekunde elektroni iz elektrane stignu do kuće, a u sljedećem djeliću sekunde - natrag? Ranije, u odjeljku "O struji", saznali smo da se električno polje u vodičima širi brzinom od 300 000 km / s, a da se sami elektroni kreću u vodičima brzinom od oko 0,1 mm / s. Ali u 1/100 sekunde (toliko traje jedno polurazdoblje, tijekom kojeg se elektroni kreću u jednom smjeru), elektroni se imaju vremena kretati samo u jednom smjeru, kada električno polje počne djelovati u suprotnom smjer. Zato se elektroni odbijaju u jednom ili drugom smjeru i ne napuštaju, da tako kažem, granicu naših stanova. Odnosno, u svojoj kući (stanu) imate svoje "kućne" elektrone. Kad bismo mogli usporiti vrijeme i uključiti voltmetar paralelno s opterećenjem, t.j. lampa (slika 3) ili ampermetar u nizu kroz opterećenje (slika 4), tada biste vidjeli kako strelica uređaja glatko mijenja svoje očitanje od nule do maksimalne vrijednosti pri mjerenju napona (slika 3) ili struje (slika 4). Prikazan je lik pored njega. U stvarnosti, naravno, ovo nećemo vidjeti. Razlog je inertnost strijele, zbog koje ne može proizvesti sto u sekundi. Usput, do slike 3 i slike 4 postoji pojašnjavajuća slika 5, gdje se sigurno bez puno truda može vidjeti kako su voltmetar i ampermetar povezani pri mjerenju napona i struje u električnom krugu. Gdje je voltmetar, a gdje ampermetar, mislim, lako možete pogoditi. Na dijagramima su označeni kao V i A.

Dakle, prvo što trebate znati je da se promjene struje i napona u električnom krugu događaju prema takozvanom sinusoidnom zakonu. Drugo, bilo koje sinusoidno osciliranje (struja ili napon) karakteriziraju sljedeće važne veličine:

Razdoblje T- vrijeme jedne potpune oscilacije. Polovica tog vremena naziva se poluciklusom. Očigledno je da u jednom poluperiodu struja teče (dobro, ili kako smo naveli - elektroni se kreću) u jednom smjeru, koji konvencionalno možemo uzeti kao pozitivan, a u drugom poluperiodu teče u drugom smjeru, što mi može uzeti kao negativan. Na grafikonima će pozitivnu poluperiodu predstavljati gornji polu val iznad osi X, a negativnu poluperiodu - donji. Govoreći o našoj mreži, možemo naznačiti da je period izmjenične struje T = 1 / 50sec - 0,02sec.

Učestalost f je broj vibracija u sekundi. Sada prebrojimo. Ako imamo jednu oscilaciju tijekom perioda T, a to je 0,02 sec, tada ćemo u jednoj sekundi imati 50 oscilacija (1 / 0,02 = 50). A jedna vibracija je kretanje elektrona, prvo u jednom smjeru, zatim u drugom (dva poluperioda). Oni. u 1 sekundi elektroni će se kretati naizmjenično u jednom ili drugom smjeru 50 puta. Toliko o našoj trenutnoj frekvenciji u mreži, koja je 50 Hz (Hertz).

Amplituda- najveća vrijednost struje (Imax) ili napona (Umax = 310V) tijekom perioda T. Očito je da u jednom periodu sinusna struja i napon postižu dvostruko svoju maksimalnu vrijednost.

Trenutna vrijednost - već znamo da izmjenična struja kontinuirano mijenja svoj smjer i veličinu. Veličina trenutnog napona naziva se trenutnu vrijednost napon. Isto vrijedi i za veličinu struje.

Kao ilustracija, slika 6 prikazuje nekoliko trenutnih vrijednosti (200V, 300V, 310V, -150V, -310V, -100V) napona u električnom krugu tijekom jednog razdoblja. Vidi se da je u početnom trenutku napon jednak nuli, nakon čega se postupno povećava na 100V, 200V itd. Postigavši ​​maksimalnu vrijednost od 310V, napon se počinje postupno smanjivati ​​na nulu, nakon čega mijenja smjer i ponovno raste, dostižući vrijednost od minus 310V (-310V) itd. Ako netko teško može zamisliti što je promjena smjera, može zamisliti da su plus i minus u utičnici obrnuti - t.j. ako uvjetno uzmemo nulu (uzemljenje) kao minus, a fazu kao plus. A to se događa 50 puta u sekundi. Pa ovako nešto...

Učinkovita vrijednost

Dakle, postavimo si pitanje - koji je konstantni napon po svom djelovanju jednak našem izmjeničnom naponu u mreži, prikazanom na slici 6? Teorija i praksa pokazuju da je jednak konstantnom naponu od 220V - sl.7. Uzeti to na vjeru nije tako teško, jer je lako vidjeti da napon koji se razmatra tijekom jednog razdoblja ima vrijednost od 310V samo u dva trenutka, a ostatak vremena je manji. Budući da se naš sinusni napon kontinuirano mijenja, bilo je preporučljivo uvesti koncept kao što je -efektivni napon ... Doista, za bilo koju specifičnu vrijednost napona (ili struje), a ne njezinu promjenjivu vrijednost, možemo "procijeniti" njezinu snagu. Tako, pod efektivnom vrijednošću izmjenične struje (ili napona) podrazumijevamo takvu istosmjernu struju koja u isto vrijeme obavlja isti posao (ili emitira istu količinu topline) kao i ova izmjenična struja.

Stoga će naša obična žarulja (ili, na primjer, uređaj za grijanje) raditi na isti način kako s izmjeničnim naponom u rasponu od nula do 310V, tako i s konstantnim naponom od 220V. Žarulja od 12 V jednako će svijetliti i iz izvora izmjeničnog napona od 12 V (koji varira od nule do 16,8 V), i iz bilo koje baterije ili akumulatora (a oni su, kao što znate, izvori konstantnog napona).

Zato zapamti!!!

Električna struja (napon) koja povremeno mijenja svoj smjer i veličinu naziva se izmjenična struja. Bilo koju izmjeničnu struju karakterizira uglavnom njena frekvencija, amplituda i efektivna vrijednost;

Uređaji dizajnirani za mjerenje izmjenične struje pokazuju njezinu efektivnu vrijednost;

Napon se mjeri voltmetrom (ili kombiniranim uređajem - avometrom), struja - ampermetrom (ili kombiniranim uređajem - avometrom). Također, struja se može mjeriti i strujnom stezaljkom tzv.... Služe za beskontaktno mjerenje struje - radni dio uređaja čini prsten oko mjerene žice i, prema veličini elektromagnetskog polja koje djeluje na radni dio uređaja, na njegovom malom displeju se prikazuje informacija o vrijednost struje koja teče. Autometar je kombinirani uređaj (u običnom narodu se naziva i jednostavno tester), koji se u svom podatkovnom listu u potpunosti naziva amper-voltmetar i služi za mjerenje struje, napona i otpora. A digitalni modeli mogu mjeriti i frekvenciju napona (struje), i kapacitet kondenzatora i druge stvari - tako to želi programer;

Znajući vrijednost (djelotvornog) izmjeničnog napona, uvijek možete saznati njegovu maksimalnu vrijednost (ne zaboravite - mijenja se prema sinusoidnom zakonu). A veza je ovdje -Umax = 1,4U, gdje je U efektivna vrijednost, a Umax maksimalna vrijednost (amplituda).