Что нужно знать
Переменный электрический ток — это электрический ток, сила и направление которого периодически изменяются со временем. В школьном курсе рассматривается гармонический переменный ток, который изменяется по закону I = Iₘ cos(ωt), где Iₘ — амплитуда силы тока (А), ω — циклическая частота (рад/с), t — время (с). Основными характеристиками переменного тока являются период T (с), частота ν (Гц) и амплитуда. Период и частота связаны соотношением T = 1 / ν, а циклическая частота определяется формулой ω = 2πν. Напряжение в цепи также периодически изменяется: U = Uₘ cos(ωt), где Uₘ — амплитуда напряжения (В). Для переменного синусоидального тока действующая сила тока определяется формулой I = Iₘ / √2, а действующее напряжение — U = Uₘ / √2; эти значения показывают, какой постоянный ток или напряжение выделяли бы такую же мощность на резисторе. В бытовых электрических сетях используется переменный ток с частотой 50 Гц, поэтому его направление меняется 100 раз в секунду. Например, переменный ток используется для питания бытовых приборов: ламп, телевизоров и холодильников. Типичная ошибка учеников — путать амплитудное и действующее значения силы тока и напряжения: например, напряжение 220 В в бытовой сети является действующим, а не амплитудным значением.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют переменным электрическим током?
- Электрический ток, сила которого постоянна, а направление периодически изменяется
- Электрический ток, сила и направление которого периодически изменяются со временем
- Электрический ток, направление которого всегда совпадает с направлением движения электронов
- Электрический ток, который возникает только при замкнутой цепи с постоянным напряжением
Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. В отличие от постоянного тока, он не сохраняет неизменное направление.
2. В каких единицах измеряется частота переменного электрического тока?
- В амперах (А)
- В секундах (с)
- В герцах (Гц)
- В вольтах (В)
Частота показывает количество полных колебаний за одну секунду. Единица частоты в СИ — герц (Гц).
3. Что показывает действующее значение силы переменного тока?
- Максимальную силу тока за один период
- Среднее арифметическое мгновенных значений силы тока за один период
- Количество изменений направления тока за одну секунду
- Силу постоянного тока, выделяющего на резисторе такую же мощность, как данный переменный ток
Действующее значение характеризует тепловое действие переменного тока и соответствует силе постоянного тока, создающего такую же мощность на том же сопротивлении.
4. Как изменяется направление синусоидального переменного тока в течение одного периода?
- Изменяется два раза
- Изменяется один раз
- Не изменяется
- Изменяется четыре раза
За один полный период синусоидальный ток проходит через два нулевых значения, меняя направление при каждом переходе через ноль.
5. Какой период имеет переменный ток с частотой 50 Гц?
Используем формулу T = 1 / ν. T = 1 / 50 = 0,02 с.
6. Амплитуда силы переменного тока равна 10 А. Чему равно её действующее значение?
Для синусоидального тока I = Iₘ / √2. I = 10 / 1,414 ≈ 7,07 А.
7. Какова амплитуда синусоидального напряжения, если его действующее значение равно 220 В?
Используем формулу Uₘ = U√2. Uₘ = 220 · 1,414 ≈ 311 В.
8. Какова циклическая частота переменного тока, если его частота равна 50 Гц? Принять π = 3,14.
- 314 рад/с
- 628 рад/с
- 50 рад/с
- 157 рад/с
Циклическая частота определяется формулой ω = 2πν. ω = 2 · 3,14 · 50 = 314 рад/с.
9. Какое значение силы тока показывает амперметр переменного тока, если амплитуда синусоидального тока равна 14,14 А?
Амперметр переменного тока показывает действующее значение. I = Iₘ / √2 = 14,14 / 1,414 = 10 А.
10. Почему в бытовой электрической сети используют переменный ток?
- Потому что его направление никогда не меняется
- Потому что он не нагревает проводники
- Потому что переменный ток можно эффективно передавать на большие расстояния с помощью трансформаторов
- Потому что он всегда имеет большую силу, чем постоянный ток
Переменное напряжение можно повышать и понижать с помощью трансформаторов. Это позволяет уменьшать потери энергии при передаче электричества.
11. Какой ток используется для питания обычных бытовых электроприборов от электрической сети в России?
- Переменный ток с постоянным направлением движения зарядов
- Постоянный ток частотой 50 Гц
- Постоянный ток с напряжением 12 В
- Переменный синусоидальный ток частотой 50 Гц
В бытовой электрической сети России используется переменный ток стандартной частоты 50 Гц. Его направление и величина периодически изменяются.
12. Переменный ток изменяется по закону I = 4 cos(100πt). Чему равна амплитуда силы тока?
Сравниваем уравнение I = 4 cos(100πt) с общей формулой I = Iₘ cos(ωt). Коэффициент перед косинусом является амплитудой, поэтому Iₘ = 4 А.