Опыт 1.

«Переменный электрический ток»

      Переменный ток  — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению.  На представленном графике переменного тока ( рис.1), изменяющегося по синусоидальному закону видно,  что через равные промежутки времени график переменного тока имеет один и тот же вид. Время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл своих изменений,  называется периодом переменного тока Т. Величина обратная периоду переменного тока, называется частотой переменного тока  ν = 1/Т.                                

Период переменного тока измеряется в с, а частота - в Гц.  Частота переменного тока равна  1 Гц, если период тока равен одной секунде (один полный цикл за одну секунду).                                  

                                                      Рис.1.                                                    

     В большинстве стран в электротехнике применяются стандарты частоты 50 Гц или 60 Гц (60 Гц — этот стандарт принят в США и Канаде, в Японии). В авиации и военной технике для снижения массы устройств или с целью повышения частоты вращения электродвигателей переменного тока,  применяется частота 400 Гц.

   Переменный ток непрерывно изменяется по величине и по графику видно, что средняя величина напряжения за период равна 0. Возникает проблема – чему же равно напряжение переменного тока ? Для решения этой проблемы решили воспользоваться одинаковыми тепловыми действиями переменного и постоянного тока. Так как переменный и постоянный ток оказывают одинаковое тепловое действие в проводнике, то решили принять что действующее напряжение переменного тока будет равно данному напряжению постоянного тока.

 Значение постоянного тока, выделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток ( за одно и то же время) называется действующим значением переменного тока.

  Для синусоидально переменного тока действующие значения, как показывают расчеты, равны :

Все электроизмерительные приборы переменного тока измеряют действующие значения.

   Получение переменного тока. Для получения переменного тока используются генераторы переменного тока. На рисунке 2 изображена схема устройства генератора переменного тока (а). Постоянные магниты 1 и 2 создают магнитное поле   3. В магнитном поле находится проволочная рамка 4, к концам которой приделаны медные кольца 5 и 6. Колец касаются графитовые щетки 7 и 8, от которых идут провода к нагрузке 9     ( вольтметр).

 При вращении рамки в магнитном поле она пересекает линии магнитной индукции, вследствие чего на ее концах возникает ЭДС индукции, которая в данной конструкции изменяется по синусоидальному закону (б).    

   Рис.2.

 Опыт 1. Генератор переменного тока.

 Рассмотрим установку, изображенную, на рис.3.        Она состоит из действующей модели  генератора переменного тока, вольтметра и источника питания.  На катушки генератора 1, 1 создающих магнитное поле,  подается напряжение 15 В от источника постоянного тока. При вращении рамки 3 магнитное поле, пронизывающее ее площадь, будет непрерывно изменяться как по величине, так и по направлению.  Вследствие этого, согласно закону электромагнитной индукции, в ней возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции. Так как рамка соединена с вольтметром с помощью колец и графитовых щеток, то стрелка вольтметра совершает колебания  с частотой равной частоте вращения рамки.

Рис.3.

Проблема. Почему с увеличением частоты вращения рамки увеличивается частота колебаний стрелки вольтметра ?

Ответ. С увеличением частоты вращения рамки увеличивается частота колебаний стрелки вольтметра потому, что увеличивается частота изменения магнитного поля около рамки, следовательно, увеличивается частота ЭДС переменного тока.

Опыт 2. Осциллограммы переменного тока.

   Рассмотрим схему, состоящую из генератора переменного тока звуковой частоты, динамика и осциллографа (рис.4).

   Включим генератор ЗЧ. Установим частоту равную 50 Гц и выходное напряжение 5 В.

 В динамике будет слышен звук с частотой, которую вырабатывает генератор.

   Гнезда генератора «Выход» соединим с входом Y осциллографа.

На экране осциллографа будут мелькать хаотические линии. Чтобы получить устойчивую синусоиду отрегулируем ее                                                                                          ручками «Частота плавно» и «Синхронизация».

Рис.4. 

Таким образом, мы получим осциллограмму переменного тока, вырабатываемую звуковым генератором. Она будет представлять синусоиду ( или косинусоиду)

Проблема. Как изменится осциллограмма на экране осциллографа если увеличить амплитуду колебаний звукового генератора ?

Ответ. Амплитуда колебаний на экране осциллографа тоже увеличится, так на вход осциллографа будет подаваться большее напряжение переменного тока.

Проблема. Как изменится осциллограмма на экране осциллографа если изменить частоту  колебаний звукового генератора ?