Переменным называется ток, величина и направление которого изменяются периодически во времени. В технике применяется переменный ток, изменяющийся по синусоиде.
Получение переменного тока основано на явлении электромагнитной индукции. На рис. 164 схематично изображено получение синусоидального переменного тока. Слева на схеме а показаны: полюсы магнита северный N и южный S, кружочками различные положения проводника в магнитном поле; при этом знаком плюс обозначается, что в данном положении ток идет от нас за плоскость чертежа, а точкой — что ток идет от плоскости чертежа на нас.
На схеме б (рис. 164) представлено изменение величины и направления тока во внешней цепи замкнутого проводника за один его полный поворот между полюсами магнитов. По горизонтальной оси графика отложено время, а по вертикальной оси — значение тока. Как видно из кривой графика, представляющей собой синусоиду, за один полный поворот, в зависимости от угла, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии, значение тока изменяется по величине от нуля до максимального, а по знаку — от плюса до минуса.
Машина, служащая для получения переменного тока, называется генератором переменного тока, принцип действия которого можно уяснить из следующего.
Если выполнить проводник в виде витка, поместить его между полюсами (рис. 164,в) и вращать в направлении часовой стрелки, то в нем будет индуктироваться э.д.с., направленная при вращении его под северным полюсом — от нас и при вращении его под южным полюсом — на нас. Так как стороны витка попеременно перемещаются то под северным полюсом, то под южным и пересекают при этом магнитные силовые линии под различными углами, то э. д. с., индуктируемая в витке, будет изменяться по величине и направлению. Присоединив концы витка к двум контактным кольцам, изолированным между собой и от вала, и наложив на кольца неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью, будем получать переменную э.д.с., и во внешней цепи потечет переменный ток.
Переменный ток характеризуется следующими величинами: периодом, частотой, амплитудой. Периодом называется время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока по величине и направлению. Каждый последующий период тока является повторением предыдущего. Период обозначается буквой Т (рис. 164).
Частотой называется число периодов в 1 сек. Частота - величина, обратная периоду, обозначается буквой f, т. е.
В России принята частота переменного тока 50 периодов в секунду. Это значит, что ток меняет свою величину и направление 50 раз в секунду. За единицу измерения частоты принят герц (гц).
Амплитудой называется наибольшее значение тока, которого он достигает в течение периода. Как видно из рис. 164 за один период переменный ток достигает амплитудного значения дважды.
Законы постоянного тока полностью применимы к цепям переменного тока только в тех случаях, когда эти цепи состоят из активных сопротивлений (лампы накаливания, реостаты и т. п.).
Однако во многих случаях цепь переменного тока, кроме активного сопротивления, содержит катушки самоиндукции, обмотки электродвигателей, дроссели, конденсаторы и другие приборы. Наличие этих приборов вносит в цепь так называемое реактивное сопротивление, влияющее на ток в цепи переменного тока. Вследствие чего, закон Ома в таком виде, как он применяется для цепи постоянного тока, для цепи переменного тока недействителен.
Схема цепи переменного тока, состоящая из активного (R), индуктивного (катушка самоиндукции) и емкостного (конденсатор) сопротивлений, соединенных последовательно, приведена на рис. 165.
Для того чтобы найти силу переменного тока в цепи, нужно подсчитать полное сопротивление цепи с учетом всех входящих в нее сопротивлений. При этом необходимо знать, что различные виды сопротивлений нельзя между собой складывать арифметически. Если включить в цепь переменного тока амперметр, то он покажет величину тока, в 1,4 раза меньшую амплитудного тока.
Это значение тока, показываемое измерительным прибором, называют действующим, или эффективным, значением переменноготока.
Для синусоидального переменного тока действующее эффективное значение напряжения U и электродвижущей силы Е будет также меньше амплитудных их значений в 1,4 раза.
Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, всегда показывают действующие значения измеряемых величин.
В некоторых случаях требуется знать не действующее, а среднее значение переменного тока. Среднее значение переменного тока несколько меньше его действующего значения. Как показывают опыты и расчеты, оно равно его амплитудному значению, умноженному на 0,637.
