ТЕОРИЯ: ПОНЕМНОГУ - ОБО ВСЕМ
1.3. Переменный ток.
Если заряды движутся периодически то в одном, то в другом направлении, говорят о переменном токе. Часто ток изменяется во времени по простейшему, гармоническому или синусоидальному закону (рис. 3). Проходя через сопротивление, переменный ток, в соответствии с законом Ома, создаст переменное напряжение точно такой же формы. Как его измерить — оно же непрерывно изменяется? Различают амплитудное значение (максимальный размах) переменного напряжения или тока и эффективное значение, численно равное постоянному напряжению или току, развивающему такую же среднюю мощность или такой же тепловой эффект в нагревательных приборах. Большинство электроизмерительных приборов индицирует как раз эффективное значение тока или напряжения.
Рис. 3
Расчеты показывают, что эффективное значение составляет 0,707 амплитудного. В домашней электросети напряжение 220 В. Это эффективное значение, а амплитудное в 1,41 раза больше и приблизительно равно 310 В. Мгновенное же напряжение изменяется от нуля до +310 В, затем через нуль до -310 В и в обратную сторону — вновь до нуля.
Цикл, или период, закончен, его длительность Т составляет 0,02 с (для сетевого напряжения). Число циклов, периодов или полных колебаний за секунду в этом случае будет равно 1/0,02=50. Это частота колебаний f (f=1/T), измеряемая в герцах— одно из важнейших понятий в электротехнике (о Генрихе Герце, который открыл электромагнитные волны, мы еще расскажем). В соответствии с общеевропейским стандартом частота промышленного (и бытового) электрического тока во всех сетях составляет 50 Гц, в Америке — 60 Гц. Некоторые маломощные передвижные электростанции, в основном армейские, вырабатывают переменный ток частотой 400 Гц.
А теперь давайте возьмем микрофон и поговорим в него. На выводах микрофона появится переменное напряжение звуковой частоты. Его амплитуда невелика, всего несколько милливольт (мВ или тысячных долей вольта), но достаточна, чтобы наблюдать этот сигнал на экране осциллографа, — попробуйте, если представится возможность. Получить неподвижную картинку вряд ли удастся — и размах и частота сигнала будут все время изменяться. Амплитуда колебаний определяет громкость, а частота — высоту звукового тона. Басовые колебания имеют низкую частоту, а высокие тона — соответственно высокие частоты. Для удовлетворительной передачи речи нужен диапазон частот от 300 до 3000 Гц, для передачи музыки — примерно от 50 до 10 000 Гц (10 кГц), для высококачественного звуковоспроизведения — от 20 Гц до 20 000 Гц. Человеческое ухо воспринимает частоты в диапазоне 16...16000 Гц.
Промышленный переменный ток значительно удобнее постоянного из-за того, что его напряжение можно преобразовывать с помощью трансформаторов, а электродвигатели переменного тока не требуют дорогих в изготовлении и ненадежных в эксплуатации коллекторов. Почему это так, мы не сможем разобраться, пока не познакомимся с магнитным действием тока и законом электромагнитной индукции, открытым знаменитым английским физиком-самоучкой и великим экспериментатором Майклом Фарадеем (1791-1867), в честь которого названа единица электрической емкости — фарада.
Радио, 1998
