Казалось бы, раскрыть зависимость напряжения от частоты просто. Стоит только обратиться с соответствующим запросом ко всезнающим поисковым системам и... убедиться, что ответа на этот вопрос попросту нет. Что же предпринять? Давайте разбираться вместе в этом непростом вопросе.
Напряжение или разность потенциалов?
Надо заметить, что напряжение и разность потенциалов - это одно и то же. По сути, это сила, которая способна заставить электрические заряды двигаться потоком. Не имеет значения, куда будет направлено это движение.
Разность потенциалов - просто другое выражение для напряжения. Оно нагляднее и, может быть, понятнее, но сути дела не меняет. Поэтому главный вопрос состоит в том, откуда берется напряжение, и от чего оно зависит.
В том, что касается домашней сети 220 Вольт, ответ простой. На гидростанции поток воды вращает ротор генератора. Энергия вращения трансформируется в силу напряжения. Атомная электростанция вначале превращает воду в пар. Он и крутит турбину. В бензоэлектростанции ротор вращает сила сгорающего бензина. Есть и другие источники, но суть всегда одна и та же: энергия превращается в напряжение.
Самое время задаться вопросом о зависимости напряжения от частоты. Но мы еще не знаем, откуда берется частота.
Что является источником частоты
Тот же самый генератор. Частота его вращения превращается в одноименное свойство напряжения. Вращайте генератор быстрее - частота будет больше. И наоборот.
Хвост не может "вилять" собакой. По той же причине частота не может изменить напряжение. Следовательно, выражение "зависимость напряжения от частоты тока" не имеет смысла?
Чтобы найти ответ, надо правильно сформулировать вопрос. Есть такая присказка про глупца и 10 ученых мужей. Он задавал неправильные вопросы, а они не могли ответить.
Если назвать напряжение другим определением, все встанет на свои места. Оно применяется для цепей, состоящих из множества разных сопротивлений. "Падение напряжения". Оба выражения часто считаются синонимами, что почти всегда неправильно. Потому что падение напряжения действительно может зависеть от частоты.
С чего бы напряжению падать?
Да просто потому, что не может не падать. Итак. Если на одном полюсе источника потенциал равен 220 Вольт, а на другом - ноль, то это падение могло произойти только в цепи. Закон Ома говорит о том, что, если в сети имеется одно сопротивление, то все напряжение на нем и упадет. Если два и больше - каждое падение будет пропорционально его величине, а их сумма равна исходной разности потенциалов.
Ну и что? Где здесь указание на зависимость напряжения от частоты тока? Пока что все зависит от величины сопротивления. Вот, если бы найти такой резистор, который меняет свои параметры при изменении частоты! Тогда и падение напряжения на нем менялось бы автоматически.
Есть такие резисторы
Их еще называют реактивными, в отличие от активных собратьев. На что же они реагируют, изменяя свою величину? На частоту! Существует 2 вида реактивных сопротивлений:
- индуктивное;
- емкостное.
Каждый вид связан со своим полем. Индуктивное - с магнитным, емкостное - с электрическим. На практике они представлены в первую очередь, соленоидами.
Они представлены на фото выше. И конденсаторами (ниже).
Их можно считать антиподами, потому что реакция на изменение частоты прямопротивоположная. Индуктивное сопротивление растет с частотой. Емкостное, наоборот, падает.
Теперь, учитывая особенности реактивных сопротивлений, в соответствии с законом Ома, можно утверждать, что зависимость напряжения от частоты переменного тока существует. Она может быть рассчитана с учетом величин реактивных сопротивлений в цепи. Только для ясности надо помнить, что речь идет именно о падении напряжения на элементе цепи.
И все-таки она существует!
Вопросительный знак в заголовке статьи превратился в восклицательный. "Яндекс" реабилитирован. Осталось только привести формулы зависимости напряжения от частоты для разных видов реактивных сопротивлений.
Емкостное: XC = 1/(w · C). Здесь w — угловая частота, C — емкость конденсатора.
Индуктивное: XL = w · L, где w — то же, что и в предыдущей формуле, L — индуктивность.
Как видно, частота влияет на величину сопротивления, изменяя его, следовательно, изменяет и падение напряжения. Если в сети имеется активное сопротивление R, емкостное XC и индуктивное XL, то сумма падений напряжений на каждом элементе будет равна разности потенциалов источника: U = Ur + Uxc+ Uxl.
