المعلمات الأساسية للتيار المتردد: الدورة ، التردد ، الطور ، السعة ، التذبذبات التوافقية

التيار المتردد هو تيار كهربائي يتغير اتجاهه وقوته بشكل دوري. نظرًا لأن قوة التيار المتردد تختلف عادةً وفقًا لقانون الجيب ، فإن التيار المتردد هو تقلبات جيبية في الجهد والتيار.

لذلك ، كل ما ينطبق على التذبذبات الكهربائية الجيبية ينطبق على التيار المتردد. التذبذبات الجيبية هي التذبذبات التي تتغير فيها القيمة المتذبذبة وفقًا لقانون الجيب ، وسنتحدث في هذه المقالة عن معلمات التيار المتردد.

سيتبع التغيير في EMF والتغيير في تيار الحمل الخطي المتصل بمثل هذا المصدر قانونًا جيبيًا. في هذه الحالة ، يمكن تمييز المجالات الكهرومغناطيسية المتناوبة والجهد المتناوب والتيارات بمعلماتها الأربعة الرئيسية:

• فترة؛

• تكرار؛

• السعة.

• قيمة فعالة.

هناك أيضًا معلمات إضافية:

• التردد الزاوي؛

• مرحلة؛

• قيمة فورية.

بعد ذلك ، سننظر في كل هذه المعلمات بشكل منفصل ومجتمعي.

الفترة T.

الفترة - الوقت الذي يستغرقه نظام يتأرجح للمرور عبر جميع الحالات الوسيطة والعودة إلى حالته الأولية مرة أخرى.

الفترة T للتيار المتردد هي الفترة الزمنية التي يقوم خلالها التيار أو الجهد بدورة واحدة كاملة من التغييرات.

نظرًا لأن مصدر التيار المتردد هو مولد ، فإن الفترة ترتبط بسرعة دوران دواره ، وكلما زادت سرعة دوران لف أو دوار المولد ، كلما كانت الفترة الزمنية للمولد الكهرومغناطيسي المتناوب أقصر و ، وفقًا لذلك ، اتضح أن التيار المتردد للحمل.

يتم قياس الفترة بالثواني ، والميلي ثانية ، والميكروثانية ، والنانو ثانية ، اعتمادًا على الموقف المعين الذي يتم فيه اعتبار هذا التيار. يوضح الشكل أعلاه كيف يتغير الجهد U بمرور الوقت مع وجود فترة مميزة ثابتة T.

التردد و

التردد f هو مقلوب الفترة ويساوي عدديًا عدد فترات التغيير الحالي أو EMF في ثانية واحدة. بمعنى ، f = 1 / T. وحدة قياس التردد هي هرتز (هرتز) ، الذي سمي على اسم الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز ، الذي قدم مساهمة كبيرة في تطوير الديناميكا الكهربائية في القرن التاسع عشر. كلما كانت الفترة أقصر ، زاد تردد EMF أو التغيير الحالي.

اليوم في روسيا ، التردد القياسي للتيار المتردد في الشبكات الكهربائية هو 50 هرتز ، أي أن 50 تقلبًا لجهد الشبكة تظهر في ثانية واحدة.

في مجالات أخرى من الديناميكا الكهربائية ، يتم استخدام ترددات أعلى ، على سبيل المثال 20 كيلو هرتز وأكثر في المحولات الحديثة ، وما يصل إلى عدة ميجاهرتز في مناطق أضيق من الديناميكا الكهربية. في الشكل أعلاه ، يمكنك أن ترى أن هناك 50 ذبذبة كاملة في ثانية واحدة ، كل منها تستمر 0.02 ثانية و 1 / 0.02 = 50.

من الرسوم البيانية للتغيرات في التيار المتردد الجيبي بمرور الوقت ، يمكن ملاحظة أن التيارات ذات الترددات المختلفة تحتوي على عدد مختلف من الفترات في نفس الفترة الزمنية.

التردد الزاوي

التردد الزاوي - عدد التذبذبات التي تم إجراؤها في 2 نقطة في الثانية.

في فترة واحدة ، يتغير طور EMF الجيبي أو التيار الجيبي بمقدار 2 بوصة راديان أو 360 درجة ، وبالتالي فإن التردد الزاوي للتيار الجيبي المتناوب يساوي:

استخدم عدد التذبذبات في 2 نقطة في الثانية (ليس في ثانية واحدة). إنه مناسب لأنه في الصيغ التي تعبر عن قانون تغيير الجهد والتيار أثناء التذبذبات التوافقية ، معبرة عن المقاومة الاستقرائية أو السعوية للتيار المتردد ، وفي كثير في حالات أخرى ، يظهر تردد التذبذب n مع المضاعف 2pi.

مرحلة

المرحلة - الحالة ، مرحلة عملية دورية. مصطلح المرحلة له معنى أكثر تحديدًا في حالة التذبذبات الجيبية. من الناحية العملية ، لا تلعب المرحلة نفسها دورًا عادةً ، ولكن تحول الطور بين أي عمليتين دوريتين.

في هذه الحالة ، يُفهم مصطلح «طور» على أنه مرحلة من تطور العملية ، وفي هذه الحالة ، فيما يتعلق بالتيارات المتناوبة والجهود الجيبية ، تسمى المرحلة حالة التيار المتردد في لحظة معينة في وقت.

توضح الأرقام: تزامن الجهد U1 والتيار I1 في الطور ، والجهد U1 و U2 في الطور المضاد ، وكذلك تحول الطور بين التيار I1 والجهد U2. يتم قياس انزياح الطور بوحدات الراديان ، أجزاء من فترة ، بالدرجات.

أنظر أيضا: ما هو الطور وزاوية الطور وانزياح الطور

السعة ام و ايم

عند الحديث عن حجم التيار المتردد الجيبي أو EMF المتناوب الجيبي ، فإن أعلى قيمة لـ EMF أو التيار تسمى قيمة السعة أو السعة (القصوى).

السعة - أكبر قيمة للكمية التي تؤدي التذبذبات التوافقية (على سبيل المثال ، القيمة القصوى لقوة التيار في التيار المتردد ، وانحراف البندول المتذبذب عن موضع التوازن) ، أكبر انحراف للكمية المتذبذبة من قيمة معينة ، بشرط تم قبوله كصفر أولي.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، يشير مصطلح السعة فقط إلى التذبذبات الجيبية ، ولكنه عادة (ليس صحيحًا تمامًا) يتم تطبيقه بالمعنى أعلاه على جميع التذبذبات.

إذا تحدثنا عن المولد ، فإن المجال الكهرومغناطيسي لأطرافه يصل مرتين لكل فترة إلى قيمة سعة ، أولهما هو + Em ، والثاني هو Em ، على التوالي ، خلال نصف الدورات الموجبة والسالبة. التيار أنا أتصرف بشكل مشابه ويشار إليه بواسطة Im وفقًا لذلك.

الاهتزازات التوافقية - التذبذبات التي تتغير فيها كمية متذبذبة ، مثل الجهد في دائرة كهربائية ، بمرور الوقت وفقًا لقانون الجيب التوافقي أو قانون جيب التمام. يتم تمثيلها بيانياً بمنحنى جيبي.

يمكن للعمليات الحقيقية فقط تقريب التذبذبات التوافقية. ومع ذلك ، إذا كانت التذبذبات تعكس أكثر السمات المميزة للعملية ، فإن هذه العملية تعتبر متناسقة ، مما يسهل إلى حد كبير حل العديد من المشكلات المادية والتقنية.

تحدث الحركات القريبة من التذبذبات التوافقية في أنظمة مختلفة: الميكانيكية (تذبذبات البندول) ، الصوتية (اهتزازات عمود الهواء في أنبوب العضو) ، الكهرومغناطيسية (التذبذبات في دائرة LC) ، إلخ.تعتبر نظرية التذبذبات هذه الظواهر المختلفة في الطبيعة الفيزيائية من وجهة نظر موحدة وتحدد خصائصها المشتركة.

من الملائم تمثيل التذبذبات التوافقية بيانياً باستخدام متجه يدور بسرعة زاوية ثابتة حول محور عمودي على هذا المتجه ويمر من خلال أصله. تتوافق السرعة الزاوية لدوران المتجه مع التردد الدائري للتذبذب التوافقي.

مخطط متجه للاهتزاز التوافقي

يمكن أن تتحلل عملية دورية من أي شكل إلى سلسلة لا نهائية من التذبذبات التوافقية البسيطة ذات الترددات والسعات والمراحل المختلفة.

متناغم - اهتزاز توافقي يكون تردده أكبر من تردد بعض الاهتزازات الأخرى بعدد صحيح من المرات ، يُطلق عليه النغمة الأساسية. يشير رقم التوافقي إلى عدد مرات تردده أكبر من تردد النغمة الأساسية (على سبيل المثال ، التوافقي الثالث هو اهتزاز توافقي بتردد أعلى بثلاث مرات من تردد النغمة الأساسية).

يمكن تمثيل أي تذبذبات دورية وليست توافقية (أي تختلف في الشكل عن التذبذبات الجيبية) كمجموع من التذبذبات التوافقية - النغمة الأساسية وعدد من التوافقيات. كلما زاد اختلاف التذبذب المدروس في الشكل عن التذبذب الجيبي ، زادت التوافقيات التي يحتوي عليها.

القيمة اللحظية لـ u و i

تسمى قيمة EMF أو التيار في لحظة معينة من الزمن بالقيمة الآنية ، ويُشار إليها بأحرف صغيرة u و i. ولكن نظرًا لأن هذه القيم تتغير طوال الوقت ، فمن غير الملائم تقدير تيارات التيار المتردد والمجالات الكهرومغناطيسية منها.

قيم RMS لـ I و E و U

يتم تقدير قدرة التيار المتردد على أداء عمل مفيد ، مثل تدوير دوار المحرك ميكانيكيًا أو إنتاج حرارة على جهاز تسخين ، بشكل ملائم من خلال القيم الفعالة لـ emfs والتيارات.

لذا، القيمة الحالية الفعالة تسمى قيمة مثل هذا التيار المباشر الذي ، عند المرور عبر موصل خلال فترة واحدة من التيار المتردد قيد الدراسة ، ينتج نفس العمل الميكانيكي أو نفس كمية الحرارة مثل هذا التيار المتردد.

يشار إلى قيم RMS للجهود ، emfs والتيارات بأحرف كبيرة I و E و U. بالنسبة للتيار المتردد الجيبي وللجهد المتناوب الجيبي ، فإن القيم الفعالة هي:

لوصف الشبكات الكهربائية ، من الملائم استخدام القيمة الفعالة للتيار والجهد. على سبيل المثال ، قيمة 220-240 فولت هي القيمة الفعالة للجهد في المقابس المنزلية الحديثة ، والسعة أعلى بكثير - من 311 إلى 339 فولت.

الشيء نفسه مع التيار ، على سبيل المثال عندما يقولون أن تيارًا يبلغ 8 أمبير يتدفق عبر جهاز تدفئة منزلي ، فهذا يعني قيمة فعالة ، بينما السعة 11.3 أمبير.

بطريقة أو بأخرى ، يتناسب العمل الميكانيكي والطاقة الكهربائية في التركيبات الكهربائية مع القيم الفعالة للجهود والتيارات. يُظهر جزء كبير من أجهزة القياس بالضبط القيم الفعالة للجهود والتيارات.