«А»: Переменный ток имеет (что естественно) свою причину. И эта причина — переменное напряжение! То есть это такое напряжение, величина и полярность которого имеют периодический характер в функции от времени. Да вот, посмотри на рисунок (рис. 2.1).
На этом графике представлены НЕ ВСЕ, но многие важнейшие характеристики переменного напряжения. Заметь, что зависимость амплитуды Ua переменного напряжения от времени t носит СИНУСОИДАЛЬНЫЙ характер. То есть мы имеем дело с колебательным, ВОЛНОВЫМ процессом.
«Н»: А можно сказать, что этот волновой процесс состоит из положительных и отрицательных полуволн, отмеченных на рисунке, соответственно, плюсами и минусами в кружочках?
«А»: Безусловно, но обрати внимание на характер изменения амплитуды! В течение каждого ПЕРИОДА, то есть временного промежутка, вмещающего в себе одну отрицательную полуволну и одну положительную или, иначе говоря, ОДИН ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ПОЛУПЕРИОД и ОДИН ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ПОЛУПЕРИОД — амплитуда переменного напряжения проходит через НУЛЬ не менее (но и не более) ТРЕХ РАЗ!
Физический смысл этого такой. В точке 0 (см. рис. 2.1) никакого напряжения, а значит и тока в проводнике нет! Затем появляется ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ напряжение, достигающее своего максимума через промежуток времени t1.
«Н»: Этот момент на временной оси соответствует точке А.
«А»: Верно! После этого, в течение временного промежутка t2 напряжение плавно уменьшается до нуля.
«Н»: …Затем оно возникает снова, но полярность его уже ОТРИЦАТЕЛЬНА!
«А»: Максимум отрицательной амплитуды достигается в точке Б. Затем следует снова плавное уменьшение до нуля (промежуток времени t4).
«Н»: Судя по рисунку, весь процесс занимает временной промежуток, равный:
t1 + t2+ t3 + t4?
«А»: Естественно, или просто — Т! Это и есть ПЕРИОД!
«Н»: А величина обратная периоду называется ЧАСТОТА?
«А»: Совершенно верно! Частота показывает, сколько раз в течение ОДНОЙ СЕКУНДЫ переменное напряжение изменило свою полярность! Или же сколько периодов (циклов) переменное напряжение претерпело за одну секунду.
«Н»: Понял! Но почему ты ранее оговорил, что на графике отображены НЕ ВСЕ характеристики переменного напряжения?
«А»: Нарисуем новый рисунок (рис. 2.2). На нем изображен ТОЛЬКО один период…
«Н»: Но я сразу вижу отличие! Что такое Uэфф? И что это за участки, покрытые штриховкой?
«А»: Да в них-то все и дело!.. Заодно отметим равенство двух величин: Uа+ и Uа-. Оно означает, что амплитудные значения напряжения в положительный и отрицательный полупериоды РАВНЫ ПО МОДУЛЮ!
«Н»: Ясно! А заштрихованные части?
«А»: Заштрихованная часть положительного полупериода РАВНА по площади заштрихованной части прямоугольника, в который «вписан» этот полупериод.
«Н»: Что это означает?
«А»: Дело в том, что новый прямоугольник, образованный произведением величин Uэфф и Т/2, по площади ТОЧНО РАВЕН положительному полупериоду! Иными словами, переменное напряжение, имеющее амплитуду Ua, проходя по резистору R выделяет столько же теплоты, сколько ее выделяет за то же время постоянное напряжение, величина которого равна Uэфф!
«Н»: То есть это означает, что для оказания одинакового теплового эффекта, переменное напряжение всегда должно быть больше по максимальной амплитуде, чем постоянное?
«А»: Именно так! Поэтому, когда ты слышишь, что напряжение в электрической сети равно 220 вольт, то не забывай, что речь идет об эффективном напряжении — Uэфф!
«Н»: А какое соотношение между максимальным амплитудным и эффективным напряжениями?
«А»: Вот оно:
Uэфф = 0,707∙Ua
«Н»: Отлично, с переменным напряжением разобрались! Все ясно!
«А»: Прошу прошения, сэр! И что же Вам так ясно?
«Н»: Это элементарно. Ватсон! Взгляни на рис. 2.3. Вот эта вторая синусоида и есть иллюстрация переменного тока. На графике представлена зависимость амплитуды переменного тока от амплитуды переменного напряжения.