Номер 1, страница 43 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Что такое переменный ток?

1. Что такое переменный ток?

Переменный ток (AC – от англ. Alternating Current) — это электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению с течением времени. В отличие от постоянного тока (DC – Direct Current), который течет строго в одном направлении с постоянной силой, при переменном токе заряженные частицы (например, электроны в металлах) совершают колебательные движения около своих положений равновесия.

Основные характеристики переменного тока:

1. Форма волны и мгновенное значение. Чаще всего переменный ток имеет синусоидальную форму, то есть его мгновенное значение $i(t)$ изменяется по закону синуса или косинуса:
$i(t) = I_m \cdot \sin(\omega t + \phi)$
где $i(t)$ — мгновенное значение силы тока в момент времени $\text{t}$, $I_m$ — амплитудное (максимальное) значение силы тока, $\omega$ — циклическая частота, а $\phi$ — начальная фаза колебаний. Аналогичная формула существует и для напряжения $u(t)$.

2. Период ($\text{T}$) и Частота ($\text{f}$). Период — это время одного полного цикла изменения тока. Частота — это число таких циклов в секунду. Эти величины связаны соотношением $f = 1/T$. Единицей измерения частоты в системе СИ является Герц (Гц). В России и большинстве стран Европы стандартная частота переменного тока в электрических сетях составляет 50 Гц, а в странах Северной Америки — 60 Гц.

3. Циклическая частота ($\omega$). Она связана с обычной частотой формулой $\omega = 2\pi f = 2\pi / T$ и измеряется в радианах в секунду (рад/с).

4. Амплитудное значение ($I_m, U_m$). Это максимальное значение силы тока или напряжения за один период.

5. Действующее (эффективное) значение ($I, U$). Поскольку среднее значение переменного тока за период равно нулю, для оценки его действия (например, теплового) используют действующее или среднеквадратичное (RMS) значение. Действующее значение переменного тока равно величине такого постоянного тока, который произведет ту же тепловую работу за то же время. Для синусоидального тока действующие значения связаны с амплитудными:
$I = \frac{I_m}{\sqrt{2}}$ и $U = \frac{U_m}{\sqrt{2}}$
Например, напряжение в бытовой розетке 220 В — это именно действующее значение. Амплитудное значение напряжения при этом составляет $U_m = 220 \cdot \sqrt{2} \approx 311$ В.

Основное преимущество переменного тока, определившее его повсеместное использование в системах энергоснабжения, — это возможность легкой и эффективной трансформации. С помощью трансформаторов можно повышать или понижать напряжение. Это позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния при очень высоком напряжении (чтобы снизить потери мощности в проводах), а затем понижать его до безопасных для потребителей уровней. Кроме того, двигатели переменного тока часто проще по конструкции и надежнее двигателей постоянного тока.

Ответ: Переменный ток — это электрический ток, величина и направление которого периодически изменяются с течением времени, чаще всего по синусоидальному закону. Его ключевыми характеристиками являются частота, период, амплитудное и действующее значения. Он получил широчайшее распространение благодаря лёгкости трансформации (изменения напряжения), что позволяет эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния и удобно использовать её в быту и промышленности.