Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-68. Частота говорит о том, насколько быстро меняется переменный ток; единица частоты — герц. О постоянном токе нам достаточно было знать одно — какова интенсивность движения зарядов, то есть то, что отражено в характеристике «величина тока», «сила тока». Переменный ток — явление значительно более сложное, и, чтобы судить о событиях в цепях переменного тока, нужна значительно более обширная информация. В частности, нужно знать, насколько быстро меняется ток, насколько часто происходит смена его направлений. Об этом в равной мере хорошо говорят две характеристики. Первая — период — указывает время, в течение которого переменный ток (э.д.с., напряжение), изменяясь, проходит весь свой цикл, все свои возможные значения. Вторая характеристика — частота — говорит о том, сколько периодов, то есть полных циклов изменения тока (э.д.с., напряжения) успевает произойти за единицу времени. Единица частоты — герц (Гц) — число периодов в секунду. Ясно, что чем медленнее происходят изменения тока, чем дольше длится период, тем меньше (принято говорить «ниже») частота. И наоборот, с увеличением частоты период становится все более коротким (Р-46).

Р-46

Т-69. «Мгновенное значение» и «амплитуда» говорят о работоспособности тока в данный момент: «эффективное значение» — в среднем за длительное время. С постоянным током было просто: чтобы представить себе ток в цепи, достаточно было знать одну цифру. А вот что делать, если потребуется указать величину переменного тока? Какую цифру называть? Ток ведь переменный, величина его непрерывно меняется, и в какой-то момент по проводнику идет очень много свободных зарядов, в другой момент очень мало, в третий ни одного… Можно поступить так: указать силу тока и отметить, что она наблюдалась именно в такой-то момент. Например, так: «29 мая 1986 года в 18 часов 37 минут 26,57854 секунды ток в цепи был равен 5 амперам». Это будет мгновенное значение тока, ток в данный момент. Характеристика не очень удобная: нельзя же каждую микросекунду замерять ток, чтобы составить его подробное жизнеописание (Т-8).

Можно назвать наибольшее, амплитудное значение тока (э.д.с., напряжения), тот максимум, которого он достигает дважды за период. Кстати, наибольший ток (э.д.с., напряжение) во время положительного и отрицательного полупериода называют положительной и отрицательной амплитудой. Это уже вполне приемлемая характеристика, жаль только, рассказывает она о довольно редких событиях — амплитудный ток появляется на неуловимо короткое мгновение всего два раза за период.

Чтобы судить о том, что может сделать переменный ток не в какой-то «данный момент», а в среднем за длительное время, проще всего сравнить его действия с постоянным током. Пропустим, например, по лампочке переменный ток, и по такой же точно лампочке пропустим постоянный ток. Подберем величину этого постоянного тока так, чтобы обе лампочки светились одинаково. Это будет означать, что оба тока — постоянный и переменный — производят одинаковую работу. Так вот, эту величину постоянного тока, который по своей работоспособности эквивалентен переменному, называют эффективным значением этого переменного тока. Точно так же эффективное значение переменного напряжения (э.д.с.) — это есть некие постоянные напряжения с такой же работоспособностью.

При прочих равных условиях эффективный ток (э.д.с., напряжение) тем больше, чем больше амплитуда (атлет, поднимающий штангу в 200 килограммов, за день наверняка сумеет перенести больше грузов, чем малыш, который с трудом тащит легкую табуретку). Для переменной э.д.с. (напряжения, тока), которая наводится во вращающемся витке (Р-44; такая э.д.с. называется синусоидальной, и нам еще предстоит детальное знакомство с ней в Т-73), существует такое соотношение: эффективное значение составляет примерно 70 % от амплитуды, а амплитуда соответственно в 1,4 раза больше эффективного значения (Р-47).

Р-47

Так, например, в сети переменного тока с напряжением 127 В амплитуда напряжения достигает 127∙1,4 ~= 180 В, а в сети 220 В амплитуда напряжения 220∙1,4 = 308 В.

Для элементов цепей переменного тока, как правило, указывают их эффективные напряжения и токи: если на лампочке или утюге написано «220 В», то имеется в виду именно эффективное напряжение.