Физика для "чайников" (СИ)

Вкратце и поумнее: переменный ток - это электрический ток, сила которого изменяется во времени. Наиболее часто используется ток, меняющийся по гармоническому закону: I = I0*sin(wt), U = U0*sin(wt+ф). Действующее значение силы тока и напряжения - это такое значение силы тока (напряжения) постоянного тока, при котором он совершает такую же работу, как и переменный ток за один полный период. При гармонических колебаниях Iд = I0/корень квадратный из 2, Uд = U0/корень квадратный из 2. Мощность, даваемая переменным током, при гармонических колебаниях описывается формулой: P = (I0*U0*cosф)/2 = Iд*Uд*cosф, где ф - сдвиг по фазе между током и напряжением; на практике стремятся повысить косинус фи максимально близко к единице. Трансформатор - устройство, состоящее из двух катушек индуктивности, соединённых магнитопроводом. Трансформатор позволяет существенно увеличить или снизить напряжение, сохранив при этом мощность и частоту переменного тока. Коэффициент трансформации (k) - отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. При k > 1 трансформатор называется повышающим, при k < 1 - понижающим.

Это всё хорошо, но зачем говорить о переменном токе, когда его получают только на электростанциях? Сидели бы себе там тихонько да передавали б нам, а нас и постоянным неплохо "кормят". Не всё так просто! На переменном токе построено очень много устройств радиотехники - начиная от обычного бытового радиоприёмника, продолжая радаром, заканчивая спутниковым телевидением (впрочем, и обычным телевидением тоже) и беспроводным интернетом.

Самый простой способ, при котором "искусственно" можно получить переменный ток (я специально беру это в кавычки, потому что переменный ток в естественных условиях я до сих пор не могу представить - если только это не удар током от электрического угря или ската), называется колебательным контуром, но выглядит просто: это катушка и конденсатор, соединённые последовательно. Если на конденсатор подать заряд, то он начнёт разряжаться на катушку, через ту потечёт ток, в конце концов конденсатор разрядится окончательно и заглохнет, но ток в катушке от этого не прекратится! В результате он начнёт перезаряжать конденсатор "с другой стороны", зарядом другого знака, катушка постепенно станет размагничиваться, а конденсатор - снова заряжаться. Это и будет одно полное колебание, дальше всё повторяется. Период этих колебаний можно посчитать, зная всего лишь две величины: индуктивность катушки и ёмкость конденсатора. Как именно он считается, вывел товарищ по фамилии Томсон (не тот, который автомат придумал - тот Томпсон, а этот без "п"), и период считается так: T = 2пи*корень квадратный из (L*c). Я не знаю, почему 2пи, но связь между радианами (якобы "углами") и числами, которая заставляет использовать число пи снова и снова, преследует повсюду! Тут более важно другое: можно подобрать сколько угодно разных емкостей и индуктивностей, но если их произведение будет одно и то же - такой колебательный контур будет иметь один и тот же период, или одну и ту же частоту. Кстати, раз речь зашла о частоте - удобнее выкинуть эти 2пи, тогда придётся воспользоваться циклической частотой: w = 1/корень квадратный из (L*c).

Если поставить три основных используемых элемента в цепь - проводник с сопротивлением, конденсатор, катушку - то можно увидеть следующую их реакцию на переменный ток. Обычное сопротивление как выделяло тепло, так и выделяет, ничего полезного от него по-прежнему не добьёшься, разве что в терминах переменного тока оно теперь обзывается активным сопротивлением, считается оно точно так же. Конденсатор и катушка же обладают "реактивным" сопротивлением, которое вроде как тоже току сопротивляется, но тепло при этом выделяет не так живо, плюс они запасают энергию. Посчитать их можно так: Xc = 1/(w*c), XL = w*L. Xс - реактивное сопротивление конденсатора, w - циклическая частота, c - ёмкость конденсатора. XL – здесь это вовсе не размер одежды, а реактивное сопротивление катушки. L - её индуктивность, w - по-прежнему циклическая частота. Как видно, с изменением частоты это сопротивление тоже меняется. И снова кивок в сторону постоянного тока, когда w = 0: в этом случае Xc будет близко к бесконечности (да-да, делить на ноль нельзя, но мы прямо на ноль не делим, а смотрим, куда значение будет стремиться, если знаменатель постепенно приближать к нулю) - то есть конденсатор постоянный ток не пропускает. А у катушки XL будет стремиться к нулю - то есть она будет вести себя как обычный металлический провод с маленьким сопротивлением.