 |
|
Діючі значення сили струму і напруги
Електричний струм
Введення
Електричним струмом називають впорядкований (спрямований) рух вільних заряджених частинок. Щоб отримати електричний струм у провіднику, треба створити в ньому електричне поле. Для того, щоб електричний струм якнайдовше існував у провіднику, необхідно весь час підтримувати в ньому електричне поле, яке створюється і підтримується джерелами електричного струму. В сучасному світі людство використовує чотири види джерела струму:
- теплові (фото- і термоелементи);
- хімічні (гальванічні елементи);
- механічні (генератори);
- світлові (сонячні батареї).
У будь – якому з цих джерел відбувається перерозподіл позитивних і негативних зарядів. Розділені частки накопичуються на полюсах джерела струму. Один полюс джерела струму заряджається позитивно, інший - негативно. Якщо полюси з'єднати провідниками, то під дією поля вільні заряджені частинки в провіднику будуть рухатися, і виникне електричний струм.
Основні визначення
Електричний струм – це упорядкований рух вільних заряджених частинок під впливом електричного поля. Такими частками можуть бути:
- у провідниках - електрони,
- в електролітах - іони (катіони і аніони);
- у газах - іони і електрони;
- у вакуумі при певних умовах - електрони, що виникли в результаті термоелектричної емісії;
- в напівпровідниках - електрони і дірки.
Розрізняють два типи електричного струму:
- постійний струм - струм, напрямок і величина якого слабо змінюється в часі;
- змінний струм - це струм, напрямок і величина якого змінюється в часі.
Основним струмом змінного типу є струм, величина якого змінюється за косинусоїдальним законом. У цьому випадку потенціал кожного кінця провідника змінюється по відношенню до потенціалу іншого кінця провідника поперемінно - з позитивного на негативний і навпаки, проходячи при цьому через всі проміжні потенціали. В результаті виникає струм, який безперервно змінює напрямок: при русі в одному напрямку він зростає, досягаючи максимуму, який називають амплітудним значенням, потім спадає, на якийсь момент стає рівним нулю, потім зростає і також досягає максимального значення, після чого цикл всіх змін відновлюється.
Час, за який відбувається один такий цикл (час, що включає зміну струму в обидві сторони), називається періодом змінного струму. Кількість періодів, які зробив струм за одиницю часу, носить назву частота.
Змінний струм
Як ми вже знаємо, електричний струм буває постійним і змінним. Але широко застосовується тільки змінний струм. Це пов’язано з тим, що напругу і силу змінного струму можна змінювати практично без втрат енергії.
Змінний струм, на відміну від струму постійного, безперервно змінюється як за величиною, так і за напрямком. Причому ці зміни відбуваються періодично, тобто всі його зміни повторюються через рівні проміжки часу. Це характеризується двома параметрами - періодом і амплітудою, знаючи які ми можемо судити, який це змінний струм, і побудувати графік струму.
Змінний струм отримують за допомогою генераторів змінного струму з використанням явищ електромагнітної індукції (Мал. 1).
Принцип дії установки простий. Дротяна рамка обертається в однорідному магнітному полі з постійною швидкістю. Своїми кінцями рамка закріплена на кільцях, які обертаються разом з нею. До кілець щільно прилягають пружини, що виконують роль контактів. Через поверхню рамки безперервно буде протікати мінливий магнітний потік, але потік, який створюваний електромагніт, залишиться постійним. У зв'язку з цим в рамці виникне ЕРС індукції. Для того щоб визначити, чи змінюється магнітний потік, що проходить по поверхні рамки, потрібно всього лише порівняти становище рамки в певні періоди часу. Для цього потрібно уважно подивитися на малюнок.
Діючі значення сили струму і напруги
Як відомо, змінна ЕРС індукції викликає в ланцюзі змінний струм. Між ЕРС та силою струму існує прямо пропорційний зв’язок – тобто, якщо ЕРС буде мати максимальне значення то і сила струму буде також мати максимальне значення своєї сили. Це явище називається збігом по фазі. Незважаючи на те що значення сили змінного струму можуть коливатися від нуля і до певного максимального значення, є прилади, за допомогою яких можна виміряти цю силу.
Характеристикою змінного струму можуть бути дії, які не залежать від напрямку струму і можуть бути такими ж, як і при постійному струмі. До таких дій можна віднести теплову дію. Наприклад, змінний струм протікає через провідник із певним опором. Через певний проміжок часу в цьому провіднику виділиться якась кількість тепла. Можна підібрати таке значення сили постійного струму, щоб на цьому ж провіднику за той же час цим струмом виділялося така ж кількість тепла, що й при змінному струмі. Таке значення постійного струму називається діючим значенням сили змінного струму.
Амперметр та вольтметр в магнітно - електричній системі не дозволяють проводити виміри в ланцюгах змінного струму. Це відбувається через те, що при кожній зміні струму в котушці змінюється напрямок моменту обороту, яке впливає на стрілку приладу. Через те що котушка і стрілка володіють великою інерцією, прилад не реагує на змінний струм. Для таких вимірів можна застосувати прилади, в яких не має залежності від напрямку струму. Наприклад, це можуть бути прилади, засновані на тепловій дії струму. В таких приладах стрілка повертається за рахунок подовження нитки, що нагрівається струмом.
Застосовують також прилади з електромагнітною системою дії. Рухомою частиною в даних пристосуваннях є залізний диск невеликого діаметру. Він перемагнічується і втягується всередину котушки, через яку пропущений змінний струм. Такі прилади вимірюють діючі значення сили струму і напруги.