Электричество шаг за шагом

То, что сложную геометрическую фигуру можно сложить из квадратиков разной величины, ясно и без особых доказательств. А вот можно ли подобную операцию суммирования произвести с электрическими составляющими — с синусоидальными токами разных частот? Можно ли считать, что сложный ток состоит из определённого набора простых синусоидальных токов? Оказывается, можно.

Если в электрическую цепь пустить несколько переменных токов от разных генераторов, то ни измерительные приборы, ни сама нагрузка, ни электроны в проводниках не поймут (Т-8), что работает несколько генераторов. Измерительные приборы, нагрузка, электроны в цепи будут вести себя так, будто в цепи действует единая, суммарная электродвижущая сила. И происходит это потому, что разные электрические силы, разные электрические поля, действующие в какой-либо точке пространства, действуют совместно, складываются, и в получившемся общем, в суммарном поле уже неразличимы отдельные его слагаемые, отдельные создавшие его поля.

При определении площади Каспийского моря в качестве стандартной геометрической составляющей мы выбрали квадрат, поскольку очень просто подсчитать его площадь. В качестве стандартной составляющей для получения спектра сложных токов выбираем синусоиду, поскольку все основные законы цепей переменного тока действительны именно для неё. Кроме того, примерно 200 лет назад французский математик Жан Батист Жозеф Фурье нашёл способ вычислять синусоидальные составляющие спектра (их амплитуду, частоту, фазу) для графиков сложной формы. И, наконец, радиотехника умеет не мысленно, а по-настоящему извлекать из спектра каждую его синусоидальную составляющую.

ВК-169. Электрические сети уже давно перешли на переменный ток. И если кому-то нужна была значительная мощность постоянного тока, её получали с помощью машинных преобразователей. В простейшем случае это выглядело так: ротор генератора постоянного тока вращал подключённый к сети электродвигатель переменного тока. Сейчас это делается иначе: постоянный ток достаточно большой мощности получают, выпрямив переменный ток с помощью мощных полупроводниковых диодов.

Р-65. ДВА МАСТЕРА ИЗ РАЗНЫХ КЛУБОВ. Если вам когда-либо придётся соединить последовательно активное сопротивление R с конденсатором С или катушкой индуктивности L, то не пробуйте, подсчитав Х_с или X_L, просто сложить одно из них с сопротивлением R — верный результат так не получится. Для начала заметим, что по всем участкам последовательной цепи идёт один и тот же ток — уже объяснялось, почему иначе быть не может (Р-32). С током, идущим по R, совпадает по фазе напряжение U_R на активном сопротивлении, от него, как и следовало ожидать, отстаёт на 90 градусов напряжение на конденсаторе. И, наконец, напряжение U_RC — сумма векторов U_R и U_c, диагональ образованного ими прямоугольника.

Точно так же можно получить и сложить векторы U_R и U_L, узнав таким образом общее напряжение U_RL на включённых последовательно сопротивлении R и катушке индуктивности L.

Спектр какого-либо сложного тока обычно представляют на особом графике, где по горизонтальной оси откладывается частота/, а по вертикальной — амплитуда той или иной составляющей. График спектра периодически повторяющегося сложного тока напоминает частокол, где каждая вертикальная прямая отображает одну из синусоидальных составляющих (Р-68).