Амплитуда колебаний силы тока в чем измеряется

Период, частота, амплитуда и фаза переменного тока

Время, в течение которого совершается одно полное изме­нение ЭДС, то есть один цикл колебания или один полный оборот радиуса-вектора, называется периодом колебания пере­менного тока (рисунок 1).

Рисунок 1. Период и амплитуда синусоидального колебания. Период — время одного колебания; Аплитуда — его наибольшее мгновенное значение.

Период выражают в секундах и обозначают буквой Т.

Так же используются более мелкие единицы измерения периода это миллисекунда (мс)- одна тысячная секунды и микросекунда (мкс)- одна миллионная секунды.

1 мс =0,001сек =10 -3 сек.

1 мкс=0,001 мс = 0,000001сек =10 -6 сек.

Число полных изменений ЭДС или число оборотов ради­уса-вектора, то есть иначе говоря, число полных циклов колеба­ний, совершаемых переменным током в течение одной секунды, называется частотой колебаний переменного тока.

Частота обо­значается буквой f и выражается в периодах в секунду или в герцах.

Одна тысяча герц называется килогерцом (кГц), а миллион герц — мегагерцом (МГц). Существует так же единица гигагерц (ГГц) равная одной тысячи мегагерц.

1000 Гц = 10 3 Гц = 1 кГц;

1000 000 Гц = 10 6 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;

1000 000 000 Гц = 10 9 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;

Чем быстрее происходит изменение ЭДС, то есть чем бы­стрее вращается радиус-вектор, тем меньше период колебания Чем быстрее вращается радиус-вектор, тем выше частота. Таким образом, частота и период переменного тока являются величинами, обратно пропорциональными друг другу. Чем больше одна из них, тем меньше другая.

Математическая связь между периодом и частотой переменного тока и напряжения выра­жается формулами

Например, если частота тока равна 50 Гц, то период будет равен:

Т = 1/f = 1/50 = 0,02 сек.

И наоборот, если известно, что период тока равен 0,02 сек, (T=0,02 сек.), то частота будет равна:

f = 1/T=1/0,02 = 100/2 = 50 Гц

Частота переменного тока, используемого для освещения и промышленных целей, как раз и равна 50 Гц.

Частоты от 20 до 20 000 Гц называются звуковыми часто­тами. Токи в антеннах радиостанций колеблются с частотами до 1 500 000 000 Гц или, иначе говоря, до 1 500 МГц или 1,5 ГГц. Такие вы­сокие частоты называются радиочастотами или колебаниями высокой частоты.

Наконец, токи в антеннах радиолокационных станций, станций спутниковой связи, других спецсистем (например ГЛАНАСС, GPS) колеблются с частотами до 40 000 МГц (40 ГГц) и выше.

Амплитуда переменного тока

Наибольшее значение, которого достигает ЭДС или сила тока за один период, называется амплитудой ЭДС или силы переменного тока. Легко заметить, что амплитуда в масштабе равна длине радиуса-вектора. Амплитуды тока, ЭДС и напряжения обозначаются соответственно бук­вами Im, Em и Um (рисунок 1).

Угловая (циклическая) частота переменного тока.

Скорость вращения радиуса-вектора, т. е. изменение ве­личины угла поворота в течение одной секунды, называется угловой (циклической) частотой переменного тока и обозначается греческой буквой ? (оме­га). Угол поворота радиуса-вектора в любой данный момент относительно его начального положения измеряется обычно не в градусах, а в особых единицах — радианах.

Радианом называется угловая величина дуги окружности, длина которой равна радиусу этой окружности (рисунок 2). Вся окружность, составляющая 360°, равна 6,28 радиан, то есть 2 .

Рисунок 2. Радиан.

1рад = 360°/2

Следовательно, конец радиуса-вектора в течение одного периода пробегают путь, равный 6,28 радиан (2 ). Так как в тече­ние одной секунды радиус-вектор совершает число оборотов, равное частоте переменного тока f, то за одну секунду его ко­нец пробегает путь, равный 6,28 * f радиан. Это выражение, характеризующее скорость вращения радиуса-вектора, и будет угловой частотой переменного тока — ? .

? = 6,28*f = 2f

Фаза переменного тока.

Угол поворота радиуса-вектора в любое данное мгновение относительно его начального положения называется фазой переменного тока. Фаза характеризует величину ЭДС (или тока) в данное мгновение или, как говорят, мгновенное значение ЭДС, ее направление в цепи и направление ее изменения; фаза пока­зывает, убывает ли ЭДС или возрастает.

Рисунок 3. Фаза переменного тока.

Полный оборот радиуса-вектора равен 360°. С началом но­вого оборота радиуса-вектора изменение ЭДС происходит в том же порядке, что и в течение первого оборота. Следова­тельно, все фазы ЭДС будут повторяться в прежнем поряд­ке. Например, фаза ЭДС при повороте радиуса-вектора на угол в 370° будет такой же, как и при повороте на 10°. В обо­их этих случаях радиус-вектор занимает одинаковое положе­ние, и, следовательно, мгновенные значения ЭДС будут в обоих этих случаях одинаковыми по фазе.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Основные параметры переменного тока: период, частота, фаза, амплитуда, гармонические колебания

Переменный ток — электрический ток, направление и сила которого изменяются периодически. Так как обычно сила переменного тока изменяется по синусоидальному закону, то переменный ток представляет собой синусоидальные колебания напряжения и силы тока.

Поэтому к переменному току применимо все то, что относится к синусоидальным электрическим колебаниям. Синусоидальные колебания — колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется по закону синуса. В данной статье поговорим о параметрах переменного тока.

График изменения тока по синусоидальному закону

Изменение ЭДС и изменение тока линейной нагрузки, подключенной к такому источнику, будет происходить по синусоидальному закону. При этом переменные ЭДС, переменные напряжения и токи, можно характеризовать основными четырьмя их параметрами:

• период;
• частота;
• амплитуда;
• действующее значение.

Есть и вспомогательные параметры:

• угловая частота;
• фаза;
• мгновенное значение.

Далее рассмотрим все эти параметры по отдельности и во взаимосвязи.

Период — время, в течение которого система, совершающая колебания, проходит через все промежуточные состояния и нале снова возвращается к исходному.

Периодом Т переменного тока называется промежуток времени, за который ток или напряжение совершает один полный цикл изменений.

Поскольку источником переменного тока является генератор, то период связан со скоростью вращения его ротора, и чем выше скорость вращения витка или ротора генератора, тем меньшим оказывается период генерируемой переменной ЭДС, и, соответственно, переменного тока нагрузки.

Период измеряется в секундах, миллисекундах, микросекундах, наносекундах, в зависимости от конкретной ситуации, в которой данный ток рассматривается. На вышеприведенном рисунке видно, как напряжение U с течением времени изменяется, имея при этом постоянный характерный период Т.

Частота f является величиной обратной периоду, и численно равна количеству периодов изменения тока или ЭДС за 1 секунду. То есть f = 1/Т. Единица измерения частоты — герц (Гц), названная в честь немецкого физика Генриха Герца, внесшего в 19 веке немалый вклад в развитие электродинамики. Чем меньше период, тем выше частота изменения ЭДС или тока.

Сегодня в России стандартной частотой переменного тока в электрических сетях является 50 Гц, то есть за 1 секунду происходит 50 колебаний сетевого напряжения.

В других областях электродинамики используются и более высокие частоты, например 20 кГц и более — в современных инверторах, и до единиц МГц в более узких сферах электродинамики. На приведенном выше рисунке видно, что за одну секунду происходит 50 полных колебаний, каждое из которых длится 0,02 секунды, и 1/0,02 = 50.

По графикам изменения синусоидального переменного тока с течением времени видно, что токи различной частоты содержат разное количество периодов на одном и том же отрезке времени.

Угловая частота — число колебаний, совершаемых за 2пи сек.

За один период фаза синусоидальной ЭДС или синусоидального тока изменяется на 2пи радиан или на 360°, поэтому угловая частота переменного синусоидального тока равна:

Пользоваться числом колебаний на 2пи сек. (а не за 1 сек.) удобно потому, что в формулах, выражающих закон изменения напряжений и токов при гармонических колебаниях, выражающих индуктивное или емкостное сопротивление переменному току, и во многих других случаях частота колебаний n фигурируют вместе с множителем 2пи.

Фаза — состояние, стадия периодическою процесса. Более определенный смысл имеет понятие фаза в случае синусоидальных колебаний. На практике обычно играет роль не фаза сама по себе, а сдвиг фаз между какими-либо двумя периодическими процессами.

В данном случае под термином «фаза» понимают стадию развития процесса, и в данном случае, применительно к переменным токам и напряжениям синусоидальной формы, фазой называют состояние переменного тока в определенный момент времени.

На рисунках можно видеть: совпадение напряжения U1 и тока I1 по фазе, напряжения U1 и U2 в противофазе, а также сдвиг по фазе между током I1 и напряжением U2. Сдвиг по фазе измеряется в радианах, долях периода, в градусах.

Угол сдвига фаз синусоидальных величин с одинаковым периодом

Амплитуда Uм и Iм

Говоря о величине синусоидального переменного тока или синусоидальной переменной ЭДС, наибольшее значение ЭДС или тока называют амплитудой или амплитудным (максимальным) значением.

Амплитуда — наибольшее значение величины, совершающей гармонические колебания (например, максимальное значение силы тока в переменном токе, отклонение колеблющегося маятника от положения равновесия), наибольшее отклонение колеблющейся величины от некоторого значения, условно принятого за начальное нулевое.

Строго говоря, термин амплитуда относится только к синусоидальным колебаниям, но его обычно (не вполне правильно) применяют в указанном выше смысле ко всяким колебаниям.

Если речь о генераторе переменного тока, то ЭДС на его выводах дважды за период достигает амплитудного значения, первое из которых +Eм, второе -Eм, соответственно во время положительного и отрицательного полупериодов. Аналогичным образом ведет себя и ток I, и обозначается соответственно Iм.

Гармонические колебания — колебания, в которых колеблющаяся величина, например напряжение в электрической цепи, меняется во времени по гармоническому синусоидальному или косинусоидальному закону. Графически представляются кривой — синусоидой.

Реальные процессы могут лишь приближенно быть гармоническими колебаниями. Однако если колебания отражают наиболее характерные черты процесса, то такой процесс считают гармоническими, что существенно облегчает решение многих физических и технических задач.

Движения, близкие к гармоническим колебаниям, совершаются в различных системах: механических (колебания маятника), акустических (колебания столба воздуха в органной трубе), электромагнитных (колебания в LC-контуре) и др. Теория колебаний рассматривает эти различные по физической природе явления с единой точки зрения и определяет их общие свойства.

Графически гармонические колебания удобно представить с помощью вектора, вращающегося с постоянной угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной к этому вектору и проходящей через его начало. Угловая скорость вращения вектора соответствует круговой частоте гармонического колебания.

Векторная диаграмма одного гармонического колебания

Периодический процесс любой формы может быть разложен в бесконечный ряд простых гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и фазами.

Гармоника — гармоническое колебание, частота которого в целое число раз больше частоты некоторого другого колебания, называемого основным тоном. Номер гармоники указывает, во сколько именно раз частота ее больше частоты основного тона (например, третья гармоника — гармоническое колебание с частотой, втрое большей, чем частота основного тона).

Всякое периодическое, но не гармоническое (т. е. отличающееся по форме от синусоидального) колебание может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний — основного тона и ряда гармоник. Чем больше рассматриваемое колебание отличается по форме от синусоидального, тем большее число гармоник оно содержит.

Мгновенное значение u и i

Значение ЭДС или тока в конкретный текущий момент времени называется мгновенным значением, они обозначаются маленькими буквами u и i. Но поскольку эти значения все время меняются, то судить о переменных токах и ЭДС по ним неудобно.

Действующие значения I, E и U

Способность переменного тока к совершению какой-нибудь полезной работы, например механически вращать ротор двигателя или производить тепло на нагревательном приборе, удобно оценивать по действующим значениям ЭДС и токов.

Так, действующим значением тока называется значение такого постоянного тока, который при прохождении по проводнику в течение одного периода рассматриваемого переменного тока, производит такую же механическую работу или такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Действующие значения напряжений, ЭДС и токов обозначают заглавными буквами I, E и U. Для синусоидального переменного тока и для синусоидального переменного напряжения действующие значения равны:

Действующее значение тока и напряжения удобно практически использовать для описания электрических сетей. Например значение в 220-240 вольт — это действующее значение напряжения в современных бытовых розетках, а амплитуда гораздо выше — от 311 до 339 вольт.

Так же и с током, например когда говорят, что по бытовому нагревательному прибору протекает ток в 8 ампер, это значит действующее значение, в то время как амплитуда составляет 11,3 ампер.

Так или иначе, механическая работа и электрическая энергия в электроустановках пропорциональны действующим значениям напряжений и токов. Значительная часть измерительных приборов показывает именно действующие значения напряжений и токов.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Напиши обозначения и единицы измерения физическим величинам 1. Координата —
2. Амплитуда Колебания —
3. Текущая фаза колебаний —
4. Начальная фаза колебаний —
5. Циклическая частота колебаний
6. Собственная частота колебаний
7. Период колебаний
8. Ускорение свободного падения
9. Коэффициент
10. Амплитуда колебаний силы тока
11. Амплитуда колебаний напряжения
12. Амплитудное значение ЭДС
13. Действующее значение переменного тока
14. Действующее значение переменного напряжения
15. Действующее значение ЭДС
16. Активное сопротивление
17. Индуктивное сопротивление
18. Емкостное сопротивление
19. Мощность переменного тока
20. Длина волны
21. Скорость волны
22. Коэффициент трансформации
23. Электроемкость
24. Магнитная индуция
25. Магнитный поток
26. Индуктивность
27. Магнитная проницаемость среды
28. Постоянная Кулоновского взаимодействия
29. Электрическая постоянная

1. Координата — x, м
2. Амплитуда Колебания — А или х₀ или хм, м
3. Текущая фаза колебаний — φ, рад
4. Начальная фаза колебаний — φ₀, рад
5. Циклическая частота колебаний ω, 1/с
6. Собственная частота колебаний υ (ню) Гц
7. Период колебаний Т, с
8. Ускорение свободного падения g, м/с^2
9. Коэффициент КАКОЙ?
10. Амплитуда колебаний силы тока Im. A
11. Амплитуда колебаний напряжения Um, В
12. Амплитудное значение ЭДС Em, В
13. Действующее значение переменного тока I, A
14. Действующее значение переменного напряжения U, B
15. Действующее значение ЭДС E, B
16. Активное сопротивление R, Ом
17. Индуктивное сопротивление RL (L внизу маленьк), Ом
18. Емкостное сопротивление Rc, Ом
19. Мощность переменного тока P, Вт
20. Длина волны λ, м

Постоянная Кулоновского взаимодействия Н*м^2/Кл^2
Постоянная Кулоновского взаимодействия k, Н*^2/Кл
Электрич пост Ф/м

21. Скорость волны v, м/с
22. Коэффициент трансформации k, (нет, раз)
23. Электроемкость C, Ф(фарад)
24. Магнитная индуция B,
25. Магнитный поток Ф, Вб
26. Индуктивность L, Гн
27. Магнитная проницаемость среды μ
28. Постоянная Кулоновского взаимодействия k
29. Электрическая постоянная ε

Новые вопросы в Физика

Сухий термометр психрометра показує 20°С за різницею показань термометрів знайшли що відносна вологість = 59% Знайти тиск водяної пари в повітрі? Яка … температура вологого термометра? Чому дорівнює точка роси?

сухий термометр психрометра показує 20°С за різницею показань термометрів знайшли що відносна вологість = 59% знайти тиск водяної пари в повітрі яка т … емпература вологого термометра чому дорівнює точка роси

Относительная влажность воздуха в сосуде = 80%. Во сколько раз плотность насыщенного пара по той же температуре больше плотности водяного пара в сосуд … е?

Визначити силу, яка виникає між двома тілами маси яких дорівнюють4*10^6 кг і 9*10^8 кг, а відстань між ними 6*10^10м, гравітаційна стала 6,67*10^-11 Н … *м^2/кг^2.

Навантажені санчата загальною масою 15 кг рівномірно переміщують по снігу. Коефіцієнт тертя ковзання між санчатами і снігом складає 0,15. Яку силу при … кладають до санчат? Чому при цьому дорівнює сила тертя ковзання?

Переменный электрический ток

Особую роль в электродинамике играет синусоидальный (гармонический) ток, то есть электрический ток, изменяющийся по закону синуса или косинуса:

I=I(t)=I₀⋅sin(ω⋅t+φ₀),

где I₀ − амплитуда силы тока, φ = φ (t)=ωt+ φ₀ − фаза колебаний, φ₀=0 − начальная фаза колебаний, ω − циклическая (круговая) частота колебаний.

На рисунке ниже приведён пример синусоидального электрического тока I(t), если φ₀=0.

Условное обозначение на электроприборах: ∼, ≈ (знак синусоиды) или латинскими буквами AC.

Ниже приведём основные характеристики для описания синусоидального тока.

Основные характеристики

1. Амплитуда колебанийI₀ силы тока I − максимальное отклонение силы тока I от своего среднего значения. Размерность амплитуды колебаний той или иной физической величины совпадает с размерностью этой величины. В системе СИ единица измерения I₀ − Ампер, то есть размерность [I₀]=А.
2. Циклическая частотаωколебаний силы тока I − количество полных колебаний силы тока I за 2π секунд. В системе СИ единица измерения ω − радиан в секунду, то есть размерность [ω]=рад/с. Поскольку радиан − безразмерная величина, то размерность циклической частоты ω можно представить в виде [ω]=с−1 .
3. Период колебанийT силы тока I − время одного полного колебания силы тока I. В системе СИ единица измерения T − секунда, то есть размерность [T]=с.
   За время, равное периоду колебаний T, повторяется не только величина тока I, но и его направление. Он зависит от циклической частоты ω и определяется формулой

Если за время Δt ток совершает N полных колебаний, то период T определяется формулой .

1. Частота колебанийν силы тока I − число полных колебаний силы тока I в единицу времени. В системе СИ единица измерения ν − Герц, то есть размерность [ν]=Гц. Отметим, что 1 Гц=1 с−1 . Если за время Δt ток совершает N полных колебаний, то частота ν определяется формулой

. Видим, что частота ν является величиной, обратной периоду колебаний T, то есть . В задачах синусоидальный ток может быть представлен различным образом. Обрати внимание! Поэтому для переменного тока пользуются характеристикой, которая называется действующим значением переменного тока. Его числовое значение соответствует силе постоянного тока, оказывает точно такое же действие, как и данный переменный ток за определённое время. Действующие значения силы переменного тока и напряжения вычисляются соответственно по формулам: и .

Пример 1. Аналитическое представлениеI(t) Через проводник протекает переменный электрический ток. Сила тока I изменяется со временем t по закону , где все величины выражены в СИ.

1. Определить амплитуду колебаний силы тока.
2. Чему равен период колебаний силы тока?

Пример 2. Графическое представлениеI(t) На рисунке представлен график изменения силы тока I, протекающего через проводник, с течением времени t.

1. Определить период колебаний силы тока.
2. Чему равна амплитуда колебаний силы тока?

Пример 3. Табличное представлениеI(t) В электрической цепи происходят синусоидальные колебания тока. В таблице показано, как изменялась сила тока I с течением времени t.

I, А	0	1,4	2	1,4	0	−1,4	−2	−1,4	0
t, с	0	1	2	3	4	5	6	7	8

1. Определить амплитуду колебаний силы тока.
2. Чему равен период колебаний силы тока?