Переменный ток. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Переменный ток - электрический ток, изменяющийся во времени. В общем понимании к П. т. относят разл. виды импульсных, пульсирующих, периодич. и квазипериодич. токов. В технике под П. т. обычно подразумевают периодич. или почти перподич. токи перем. направления. Наиб. употребителен П. т., сила к-рого J меняется во времени по гармонич. закону (гармонический, или синусоидальный, П. т.):

Здесь I - амплитуда,

- нач. фаза,

- круговая частота. В эл--технике (и, частично, в радиотехнике) обычно реализуются квазистационарные цепи . П. т. [см. Квазистационарное (квазистатическое) приближение]. При этом в многопроводных системах, предназначенных для передачи энергии, часто используют многофазные П. т. - текущие по разным проводам токи с одинаковыми амплитудами, но разными фазами. В частности, в симметричных трёхфазных системах фазы отличаются на 2

/3. Большинство пассивных электрич. цепей работает в линейном режиме, когда справедлив суперпозиции принцип .При прохождении через такие цепи чисто гармонич. П. т. (*) не искажают своей формы, тогда как при наличии нелинейных элементов (напр., железных сердечников в трансформаторах, нелинейных преобразователей, диодов, триодов и т. п.) синусоидальные сигналы искажаются, обогащаясь высшими гармониками. Квазистационарные цепи с сосредоточенными параметрами могут быть составлены как определ. комбинации индуктивностей L, ёмкостей С и сопротивлений R. Связь между напряжением и и силой П. т. J в этих элементах задаётся ф-лами

В нелинейных режимах величины L, С, R являются функциями протекающего тока J; в линейных режимах они либо постоянны, либо зависят в явном виде от времени (параметрич. системы).
При расчёте электрич. цепей гармонич. П. т. удобно пользоваться комплексными амплитудами напряжения

(U - амплитуда напряжения) и тока

принимающими на индуктивных, ёмкостных и резистивных участках соответственно значения Z_L=Z_R = R. Тогда квазистационарная линейная цепь (многополюсник) любой сложности допускает расчёт по обычным Кирхгофа правилам .Так, для последовательна включённых элементов L, С, R суммарный импеданс

Это импеданс колебательного Z/СЛ-контура, высокодобротного при условии L/CR1. На резонансной (томсоновской) частоте

= (ЬС)~¹/* импеданс Z минимален но модулю. Метод комплексных амплитуд порождает метод векторных (круговых) диаграмм, основанный на графит, построении напряжений и токов как векторов на комплексных плоскостях, что придаст наглядность решениям мн. задач эл--техники.
Мощность W, выделяемая в цепи П. т., определяется усреднением за период колебаний

произведения и J:

где

- разность фаз между напряжением и током. Иногда вводят понятие эффективных (действующих) напряжений

и токов

чтобы ф-ла для оптимально поглощаемой (отдаваемой сопротивлению) мощности имела тот же вид, что и для цепей пост. тока. Этот оптимум достигается при значении

= 0. Такой режим наз. согласованным. При

0 часть мощности "отражается" обратно к источнику. Поэтому иногда проблему согласования в эл--технике наз. проблемой "оптимального cos

".
С ростом частоты

квазистационарное приближение перестаёт быть справедливым, и для получения распределения П. т. необходимо обращаться непосредственно к Максвелла уравнениям. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, иногда такие токи наз. быстропеременными (БПТ) и предпочитают оперировать не с суммарными (интегральными) силами тока, а с их объёмными плотностями j(r,t). При протекании по хорошо проводящим телам БПТ стремятся прижаться к их наружным поверхностям (скин-эффект). В случае идеальной проводимости они распределяются по самой поверхности; такие токи наз. поверхностными и характеризуются поверхностными плотностями. Плотность БПТ всегда можно разбить на потенциальную и вихревую компоненты. Последняя ответственна за возбуждение вихревых эл--магн. полей. В открытых (неэкранированных) системах именно с вихревыми П. т. связано излучение эл--магн. энергии. Это, в частности, используется в излучателях (антеннах), где путём подбора надлежащих распределений БПТ создаются требуемые угл. распределения полей излучения (диаграммы направленности).

Литература по переменному току

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.