Краткая теория цепей переменного тока

КОВЫЛОВ Н.Б.

КОЛЕБАНИЯ

В цепях переменного тока

Введение в раздел «Колебания и волны»

Изучение колебаний в электрических цепях основано на анализе временных зависимостей циркулирующих в цепях токов, напряжений в разных узлах цепей. Методика такого анализа требует знания основных законов электротехники, умения составить уравнения, решить их для конкретных видов цепей.

Данный раздел предваряет краткое изложение теории цепей переменного тока, как пособие к теоретическим основам экспериментов по изучению разнообразных колебательных процессов в электрических и электронных устройствах.

Перед выполнением очередной работы необходимо описать исследуемый объект (схему, уравнение базового процесса) и после этого идентифицировать его с натурным образцом в лабораторной установке.

Далее осмысливается порядок работы, производится сборка и проверка установки и проверяется работоспособность всех ее модулей.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Значительная часть электрических устройств функционирует за счёт электрической энергии, и подавляющая доля процессов в них связана с колебаниями электрических зарядов внутри физической среды. Направленное перемещение зарядов в одну и другую сторону от начального положения и есть переменный электрический ток.

Ток является проявлением взаимодействия носителей зарядов, с макрополями электрического или стороннего происхождения. Носителями зарядов внутри металлов являются свободные электроны, в растворах – положительные и отрицательные ионы, в газах, под действием ионизирующих факторов – также ионы.

Следствиями возникновения тока в веществе могут быть:

- преобразование электрической энергии в другие её виды – механическую, тепловую, химическую;

- возникновение магнитного поля;

- излучение электромагнитных волн;

- нарушение биологических процессов.

Если на пути тока в проводнике вообразить поверхность, нормальную к направлению движения зарядов (поперечное сечение), то величина называется мгновенным значением тока и в общем случае является функцией времени. И в электротехнике, и в более слаботочных – радиотехнических цепях, используются периодические токи, признаком которых является соотношение: , где – период колебаний.

В цепях, использующих значительные мощности (киловатт и более), применяются генераторы синусоидальных токов. В таких генераторах вырабатывается ЭДС, которая описывается выражением , в котором – мгновенное значение ЭДС, – амплитуда колебаний, - начальная ваза колебаний, а - текущая фаза. Изменение электрической величины во времени по закону синуса (косинуса) называют гармоническим электрическим колебанием. Наиболее распространены переменные токи, зависящие от времени именно по гармоническому закону: (1).