Переменный электрический ток. 
Закон Ома

Широко используемый в быту и на производстве переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, причем сила тока и напряжение меняются со временем по простейшему гармоническому закону.

Важнейшая особенность переменного тока — наличие сдвига фаз между током и напряжением. Это обусловлено особенностями индуктивного и емкостного сопротивлений (рис. 41). Найдем, например, связь между током и напряжением на емкости С:

т.е. напряжение на конденсаторе отстает по фазе от тока на Максимальные (амплитудные) значения тока и напряжения в этом случае связаны следующим соотношением:

Рис. 47.

Выражение (2.61) называют законом Ома для участка цепи с емкостью. Сравнивая это выражение с обычным законом Ома U = IR видим, что роль сопротивления здесь играет.

где R_c называют сопротивлением емкости переменному току или емкостным сопротивлением.

Аналогично можно получить и индуктивное сопротивление R_L:

причем напряжение на индуктивности L опережает по фазе ток на ^.

Рис. 42.

Если в цепи есть все три типа сопротивлений (рис. 42), то сдвиги фаз хорошо видны на так называемой векторной диаграмме (рис. 43).

ПЗ.

Puc. 43.

Из рис. 43 по теореме Пифагора легко получаем связь между током и напряжением в данной цепи, т. е. закон Ома для переменного тока:

Сдвиг фаз ср между током и напряжением находится из выражения.

Итак, для электрической цепи, изображенной на рис. 42, получаем:

Отметим, что для описания переменного тока обычно используют три характеристики тока: мгновенное значение тока (/ в выражении 2.63), амплитудное (7₀) и эффективное (или действующее) значение.

Эффективным значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, который выделяет в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток за время, равное периоду Т его колебаний (или за кратное число периодов Т). Значение 1_Эф достаточно просто связано с 1₀:

Аналогично.

Средняя мощность переменного тока за период равна.

Здесь cos (р называется коэффициентом мощности. В технике его стремятся сделать ближе к единице, что легко осуществить, вводя в цепь дополнительные емкости или индуктивности.