О том, что в проводниках бытовой проводки протекает переменный синусоидальный ток, слышали все. Но для человека, малознакомого с электротехникой, термины «синусоидальный» и, тем более, «переменный», ни о чем не говорят. В данной работе мы постараемся дать общее представление об этом, доступное для понимания каждому.
Прежде всего, нужно определиться с тем, что такое электрический ток. Согласно существующему пояснению, ток – это направленное движение элементарных частиц, обладающим зарядом положительного или отрицательного знака. Обычно под частицами понимают электроны, но это не совсем так. Атом, утративший электрон, за счет присутствующих в ядре протонов приобретает положительный заряд, становясь ионом. ЭДС действует не только на электрон, но и на него. Достаточно вспомнить, что в расчетах за положительное направление движения тока принято от плюса к минусу, хотя в действительности, отрицательно заряженные частицы перемещаются в противоположном направлении.
Откуда берутся эти частицы? Представим структуру проводника: кристаллическая решетка с атомами в узлах. Каждый атом условно можно описать как миниатюрную солнечную систему. В центре массивное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг его по орбитам вращаются электроны.
Заряд протона положителен, а электрона отрицателен, поэтому они взаимно притягиваются. Чем ближе к ядру, тем сильнее это взаимодействие. Чтобы возник ток, необходимо высвободить из атомов часть электронов и заставить их двигаться в нужном направлении. В генераторах эта задача с успехом выполняется вращающимся магнитным полем. Оно сообщает недостающую энергию электронам на внешних орбитах, высвобождая их. Конечно, непосредственного движения нет. Речь идет об обмене этими частицами между ближайшими атомами.
Откуда же берется название «синусоидальный ток»? Причина в способе получения. Представим два разноименных полюса магнита, а между ними линии напряженности поля. Поместим рамку из проводника в это поле. Ее концы подключены к нагрузке, формируя контур (цепь). Вращаем рамку. В момент, когда она расположена параллельно поверхностям магнита, ток отсутствует, так как нет пересечения с линиями напряженности (обе стороны рамки находятся на одном уровне). Вот она немного повернулась, линии магнитного поля пересекают проводник, высвобождают электроны и возникает ток.
В это же время другая сторона рамки также пересекает поле, но с противоположной стороны. Максимальное значение тока – при вертикальном размещении. Синусоидальный ток – это графическое представление данного процесса. Без него сложно понять принцип работы электроприборов. График, отображающий синусоидальный ток, представляет собой декартовые координаты на плоскости. По вертикальной оси откладывается ток, а по горизонтальной – время. Так как при вращении рамки регистрируемые значения периодически повторяются, то формируется синусоидальный ток, изменяющийся по направлению и величине. Синусоида словно нанизана на ось времени, так как часть волн расположена выше оси (знак положительный), а часть ниже (отрицательный). Самые высокие точки волн соответствуют положению рамки параллельно линиям напряженности поля, а пересечение оси времени (ток равен нулю) – перпендикулярному.
Электрические цепи синусоидального тока получили наибольшее распространение, так как данный вид электроэнергии очень просто преобразуется с помощью трансформаторов и других элементов электрической цепи, позволяя осуществлять передачу на большие расстояния, а также требуемое модулирование. Кроме того, сам принцип генерации предполагает создание именно синусоидального тока.
