Номер 1, страница 57, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Что такое переменный ток?

1. Что такое переменный ток?

Переменный ток (AC – Alternating Current) — это электрический ток, который периодически изменяет свое направление и величину с течением времени. В отличие от постоянного тока (DC – Direct Current), который течет всегда в одном направлении, заряженные частицы в цепи переменного тока совершают колебательные движения.

Наиболее распространенной формой переменного тока является синусоидальный ток, при котором мгновенное значение силы тока $\text{i}$ (или напряжения $\text{u}$) изменяется по синусоидальному (или косинусоидальному) закону:

$i(t) = I_m \sin(\omega t + \phi)$

$u(t) = U_m \sin(\omega t + \phi_u)$

где:

• $i(t), u(t)$ — мгновенные значения силы тока и напряжения в момент времени $\text{t}$.

• $I_m, U_m$ — амплитудные (максимальные) значения силы тока и напряжения.

• $\omega$ — угловая (циклическая) частота, измеряемая в радианах в секунду (рад/с). Она связана с линейной частотой $\text{f}$ соотношением $\omega = 2\pi f$.

• $\text{f}$ — линейная частота, показывающая число полных колебаний в секунду. Измеряется в герцах (Гц). В России и большинстве стран Европы стандартная частота переменного тока в сетях составляет 50 Гц, в США и некоторых других странах — 60 Гц.

• $\text{T}$ — период колебаний, время одного полного цикла. $T = 1/f$.

• $\phi, \phi_u$ — начальная фаза колебаний, определяющая значение тока (или напряжения) в начальный момент времени $t=0$.

Важной характеристикой переменного тока является его действующее (или среднеквадратичное, RMS) значение. Действующее значение переменного тока равно такому значению постоянного тока, который за то же время выделит в проводнике такое же количество теплоты. Для синусоидального тока действующие значения силы тока $\text{I}$ и напряжения $\text{U}$ связаны с амплитудными значениями следующими формулами:

$I = \frac{I_m}{\sqrt{2}} \approx 0.707 I_m$

$U = \frac{U_m}{\sqrt{2}} \approx 0.707 U_m$

Именно действующие значения обычно показывают измерительные приборы (амперметры, вольтметры) и указываются в характеристиках бытовых сетей (например, 220 В — это действующее значение напряжения).

Преимущества переменного тока:

• Простота генерации с помощью электромеханических генераторов (альтернаторов).

• Возможность легкого изменения (повышения или понижения) напряжения с помощью трансформаторов. Это свойство является ключевым для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями. Напряжение повышают для передачи и понижают перед подачей потребителю.

• Двигатели переменного тока часто имеют более простую конструкцию, более надежны и дешевы, чем двигатели постоянного тока сравнимой мощности.

Благодаря этим преимуществам переменный ток получил повсеместное распространение в системах производства, передачи и распределения электроэнергии.

Ответ: Переменный ток — это электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению. Чаще всего эти изменения происходят по синусоидальному закону. Основное преимущество переменного тока заключается в возможности легко изменять напряжение с помощью трансформаторов, что делает его идеальным для передачи электроэнергии на большие расстояния.