§ 33.  Переменный и постоянный ток

 § 33.  Переменный и постоянный ток

 

Электростанции, как правило, вырабатывают переменный ток. Зависимость переменного тока от времени приведена на рисун­

ке 5. 6. Проанализируем график. В начальный момент времени сила тока равна нулю. С течением времени она плавно увеличивается до макси­ мального значения, затем уменьшается до нуля. А что происходит потом? График пошёл вниз, в область отрица­

тельных значений. Что это значит?

Из курса физики вам известно, что током называют направленное дви­ жение заряженных частиц. Область от­ рицательных значений силы тока со­ ответствует изменению направления

движения частиц в сравнении с перво­ начальным.

Рис. 5. 6. График зависимости силы тока от времени

 

 

Рис. 5. 7. Графики переменного тока разной частоты

Переменным называют ток, кото- рый изменяется по величине и направ- лению.

Вернёмся к анализу графика (см. рис. 5. 6). Мгновенное значение силы тока i (значение силы тока в данный момент времени) с течением времени изменяется до максимального Imax, за- тем уменьшается до нуля, меняет знак, увеличивается до значения Imax в обла-

сти отрицательных значений и снова уменьшается до нуля. Далее про- цесс повторяется.

Переменный ток характеризуют с помощью величин, называемых параметрами. Параметрами электрического переменного тока являются амплитуда силы тока, период и частота.

Максимальное значение силы тока Imax называют амплитудным или амплитудой. Время Т, через которое процесс повторяется, называют периодом. Посмотрите на рисунок 5. 7: сила тока, соответствующая

графику 1, за 1 с принимает амплитудное значение чаще, чем сила тока, соответствующая графику 2. Говорят, что частота n переменного то- ка 1 больше, чем частота переменного тока 2. Измеряют частоту в гер- цах (Гц). Частота связана с периодом соотношением

T

n =  1 .

Частота 1 Гц соответствует периоду 1 с. В Европе и в России частота переменного тока в электрической сети равна 50 Гц, в США — 60 Гц.

В начале параграфа мы сказали, что электростанции, как правило, вырабатывают переменный ток. Значит, существуют электростанции, которые вырабатывают электрический ток другого типа — постоянный. Действительно, солнечные электростанции позволяют получить посто-

янный электрический ток.

Постоянным называют электриче- ский ток, значение и направление которого с течением времени не изменяются (рис. 5. 8).

Из курса физики вам известно, что силу тока измеряют с помощью амперметра. Ам-

Рис. 5. 8. График постоянного тока

перметр в цепи постоянного тока покажет силу тока, значение которой не меняется со

190

 

временем. Переменный же ток в течение периода имеет разные значе- ния. Если в цепь переменного тока подключить амперметр, какое зна- чение он покажет?

При расчёте цепей переменного тока неудобно пользоваться мгно- венной или амплитудной силой тока, среднее же значение силы тока за период (см. рис. 5. 6) равно нулю. Нужно ввести ещё какую-то характе- ристику переменного электрического тока. Такой величиной является действующее значение силы тока.

Электрический ток может оказывать химическое, магнитное и те- пловое действие. Сравнивать переменный и постоянный ток оказалось удобно по тепловому действию, поскольку оно не зависит от направле- ния тока. Так вот, действующее значение силы переменного тока рав- но значению силы постоянного тока, при котором за время, равное периоду переменного тока, в проводнике выделяется такое же коли- чество теплоты, как и при переменном токе.

Количество теплоты, которое выделяется в электрической цепи, по закону сохранения энергии равно работе, совершённой электриче- ским током. Работа же связана с величиной, которой часто характеризу- ют электрические устройства, в том числе бытовые приборы, — мощ- ностью.

Мощность в цепи постоянного тока рассчитывается по формуле

Р = UI,

где U — напряжение в электрической цепи, I — сила тока. Мощность измеряется в ваттах (Вт).

Средняя мощность в цепи переменного тока описывается другой формулой:

P = U max I max  ,

где Umax и Imax соответственно амплитудные значения напряжения и силы тока. Если мощности постоянного и переменного тока равны, то

UI =

U max I max

,

2

откуда получаем действующие значения силы тока и напряжения:

д

д

I = I =  I max  , U = U = U max  .

 

Действующее значение электрического напряжения в бытовой сети равно 220 В. Максимальное значение напряжения бытовой цепи ещё

 

 

 

больше — 311 В. Это напряжение смертельно опасно для человека. От­ носительно безопасным является напряжение 36—42 В.

Переменный ток вырабатывается на электростанциях генераторами переменного тока и по проводам линий электропередачи передаётся по­ требителям. Посмотрите на формулу мощности: одно и то же значение можно получить при высоком напряжении и малой силе тока или при малом напряжении и большой силе тока. При большой силе тока провода нагреваются, что ведёт к тепловым потерям передаваемой мощности. Чтобы уменьшить потери в проводах, стараются увеличить напряжение в линиях электропередачи.

Особенностью промышленного производства электрической энер­ гии является невозможность накопления её в больших количествах. То, что произведено, должно быть доставлено потребителю.

А как же мы используем мобильные электронные устройства: пле­ еры, телефоны и т. д.? Откуда берётся энергия в этих устройствах, когда они отключены от сети? Вам, конечно, хорошо известно, что отключён­ ные от сети устройства работают от аккумуляторов.

По своему устройству аккумулятор похож на гальванический эле­ мент. Он также имеет два электрода, помещённые в электролит — рас­ твор серной кислоты. В качестве электродов берут две свинцовые пла­ стины, в обычных условиях покрытые плёнкой окиси свинца.

При пропускании тока через электролит из серной кислоты на свин­ цовой пластине, соединённой с отрицательным полюсом источника то­ ка — катодом, выделяется водород, который восстанавливает окись свин­ ца в чистый свинец. На электроде, соединённом с положительным полю­ сом — анодом, выделяется кислород, который окисляет окись свинца до диоксида. Аккумулятор зарядится, когда катод целиком станет чистым свинцом, а анод — диоксидом свинца. Тогда между электродами окажет­ ся наибольшее напряжение.

Когда пластины­электроды соединены проводником с потребите­ лем, аккумулятор разряжается, расходуя энергию. Направление тока при разрядке противоположно тому, что было при зарядке. Положи­ тельно заряженная пластина будет восстанавливаться водородом, а от­ рицательная — окисляться кислородом. Как только пластины станут одинаковыми, аккумулятор прекратит давать ток. Надо повторить за­ рядку.

Свинцово­кислотные аккумуляторы используются, как правило, при необходимости запасать достаточно большую энергию (пример — автомобиль). Они имеют немалые габариты и, главное, большую массу.

 

⇐ Предыдущая45464748495051525354Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: