Номер 1, страница 35 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

1. Что такое переменный ток?

1. Что такое переменный ток?

Переменный ток (англ. Alternating Current, AC) — это электрический ток, который периодически изменяет свое направление и величину с течением времени. Это его основное отличие от постоянного тока (англ. Direct Current, DC), который течет всегда в одном направлении и имеет, как правило, постоянную величину.

Наиболее распространенной формой переменного тока является синусоидальный ток. В этом случае мгновенное значение силы тока $\text{i}$ или напряжения $\text{u}$ изменяется со временем $\text{t}$ по гармоническому (синусоидальному или косинусоидальному) закону:

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

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

где:
• $i(t)$ и $u(t)$ — мгновенные значения силы тока и напряжения в момент времени $\text{t}$.
• $I_m$ и $U_m$ — амплитудные (максимальные) значения силы тока и напряжения.
• $\omega$ — угловая частота, связанная с обычной частотой $\text{f}$ соотношением $\omega = 2\pi f$. Она показывает, сколько полных колебаний совершается за $2\pi$ секунд.
• $\text{t}$ — время.
• $\phi_i$ и $\phi_u$ — начальные фазы колебаний тока и напряжения, которые определяют значение величины в начальный момент времени ($t=0$).

Основные характеристики переменного тока:

1. Период ($\text{T}$) — это время, за которое ток совершает одно полное колебание и возвращается к своему исходному значению и направлению. Измеряется в секундах (с).

2. Частота ($\text{f}$) — это число полных колебаний (периодов) в секунду. Частота является величиной, обратной периоду: $f = 1/T$. Единица измерения частоты в системе СИ — герц (Гц). В бытовых электрических сетях России и Европы стандартная частота составляет 50 Гц, а в США и некоторых других странах — 60 Гц.

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

4. Действующее (эффективное) значение ($I_{действ}, U_{действ}$) — это такая величина постоянного тока, которая за то же время выделит в проводнике такое же количество теплоты, что и данный переменный ток. Действующее значение важно для практических измерений и расчетов мощности. Для синусоидального тока действующие значения связаны с амплитудными следующими соотношениями:
$I_{действ} = \frac{I_m}{\sqrt{2}} \approx 0.707 I_m$
$U_{действ} = \frac{U_m}{\sqrt{2}} \approx 0.707 U_m$
Например, напряжение 220 В в бытовой розетке — это именно действующее значение. Амплитудное значение напряжения в этом случае составляет $U_m = 220 \text{ В} \cdot \sqrt{2} \approx 311 \text{ В}$.

Преимущества и применение:

Главное преимущество переменного тока, обеспечившее ему повсеместное распространение, — это возможность легкого и эффективного изменения напряжения с помощью трансформаторов. Это позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями (при очень высоком напряжении и, соответственно, малом токе), а затем понижать напряжение до безопасных и удобных для потребителя значений (например, 220 В).

Двигатели переменного тока (особенно асинхронные) имеют простую конструкцию, надежны и не требуют сложного обслуживания, в отличие от многих двигателей постоянного тока.

Переменный ток используется практически везде: в системах электроснабжения домов и предприятий, для питания большинства бытовых приборов, в промышленности, на транспорте и т.д.

Ответ:
Переменный ток — это электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению. Чаще всего эти изменения происходят по синусоидальному закону. Его ключевыми характеристиками являются частота (например, 50 Гц в бытовой сети), период, амплитудное и действующее значения. Основное преимущество переменного тока заключается в возможности легко трансформировать (повышать и понижать) напряжение, что критически важно для эффективной передачи и распределения электроэнергии.