VII. ELEKTROMAGNATYZM / Materiały do użytku własnego – Robert.Szczotka(at)gmail.com
VII.C. Prąd przemienny
Prąd przemienny (
alternating current, AC)
- jest prądem
okresowo zmiennym, którego źródłem może być prądnica prądu
zmiennego lub układ drgający typu LC.
Sieć elektroenergetyczna w Polsce i całej Europie zasilana jest
napięciem przemiennym (sinusoidalnie zmiennym) o częstotliwości 50
Hz. W domowej instalacji elektrycznej mamy napięcie przemienne,
którego wartość chwilowa wyraża się wzorem:
gdzie: U
0
= 325 V - amplituda napięcia przemiennego,
a ω = 2πf = 2 3,14 50Hz = 314 rad/s pulsacja (częstość kołowa).
7.11. Obwód prądu przemiennego
W klasycznym obwodzie elektrycznym prądu stałego odbiornikiem energii jest tylko rezystancja R. W obwodach prądu
przemiennego rezystancja jest odpowiedzialna za rozpraszanie mocy czynnej, ale dodatkowo występują elementy, które mogą
pobierać, magazynować i oddawać energię elektryczną. Dowolny odbiornik nie jest więc już charakteryzowany tylko mocą
czynną rozpraszaną na rezystancji R, ale również mocą bierną pobieraną i oddawaną przez reaktancję X. Sumę geometryczną
tych dwóch wartości nazywa się impedancją Z.
a) opór czynny R (omowy):
SEM ε i natężenie prądu
I są w tej samej fazie; ω - oznacza częstość
kołową,
ε
m
, U
m
- amplitudę drgań (U
0
),
I
m
- amplituda natężenia (I
0
),
Natężenie prądu płynącego przez opornik jest w fazie z
napięciem wymuszającym (maksimum natężenia
odpowiada maksimum napięcia), zatem faza φ = 0
Natężenie skuteczne I prądu zmiennego to natężenie takiego prądu stałego, który płynąc w tym
samym obwodzie wydzielałby w tym samym czasie taką samą energię, jak dany prąd zmienny
(inaczej mówiąc - miałby taką samą moc)
b) opór indukcyjny R
L
(reaktancja indukcyjna X
L
)
L [H-Henr] – indukcyjność cewki
Natężenie opóźnia się względem napięcia wymuszającego o π/2.
.
c) opór pojemnościowy R
C
(reaktancja pojemnościowa X
C
)
C [F-Farad] – pojemność kondensatora
Natężenie wyprzedza napięcie wymuszające o π/2.
d) moc w obwodzie prądu przemiennego
moc chwilowa
Moc skuteczną (średnią) prądu definiujemy jako stosunek wydzielonego ciepła do czasu:
lub
Ilość ciepła wydzielanego na elemencie oporowym określa prawo Joule'a:
