Чаму электрычнасць выпрацоўваецца ў выглядзе сінусоідных хваль?

Чаму электрычнасць выпрацоўваецца ў выглядзе сінусоідных хваль?

У большай частцы свету электрычная энергія выпрацоўваецца з дапамогай генератара пераменнага току (AC). Пераменны ток аддаваўся перавагу пастаяннаму току (DC) яшчэ ў 1800-х гадах, галоўным чынам таму, што яго лягчэй генераваць, і ён дазваляе лёгка рэгуляваць узровень напружання з дапамогай трансфарматараў. Каб зразумець прыроду сінусоіды, важна разумець канцэпцыю «пераменнага» пераменнага току.

Асновы генерацыі пераменнага току

Асноўны прынцып большасці генератараў пераменнага току заключаецца ў індукцыі пераменнага электрычнага току ў шпульках або абмотках шляхам кручэння магнітнага поля над імі. Гэты ток прама прапарцыйны магнітнаму патоку (або магнітнай сіле), а напружанне (або электрычны патэнцыял) прапарцыянальна хуткасці змены току. Без гэтага змянення магнітнага патоку і току напружанне не выпрацоўвалася б.

На практыцы для кручэння магнітнага поля звычайна выкарыстоўваюцца механічныя сілы, такія як вада, пара або вецер, ствараючы неабходны зменлівы паток. На малюнку 2 паказаны папярочны разрэз трохфазнага двухполюснага генератара. У гэтай канструкцыі палова абмотак кожнай фазы размешчана на процілеглых баках статара (нерухомай часткі генератара). Калі пары шпулек (A+/A-, B+/B-, C+/C-) злучаныя, ток працякае праз ланцуг абмотак. Круцельны магніт у цэнтры, з яго паўночным і паўднёвым полюсамі, уплывае на паток току, накіроўваючы яго ў адну шпульку з паўночным полюсам і з другой з паўднёвым полюсам. У некаторых генератарах для гэтай мэты замест пастаянных магнітаў выкарыстоўваюцца электрамагніты.

Чаму напружанне мае сінусоідную форму?

Прычыну, па якой напружанне мае форму сінусоіды, найлепш растлумачыць з дапамогай дыяграм фазораў, як паказана на малюнку 3. Па меры кручэння фазора (які прадстаўляе магнітны паток) па акружнасці яго становішча на восі Y змяняецца, што можна вылічыць праз пэўныя інтэрвалы (як паказана ў табліцы 1). У гэтым прыкладзе гэтыя змены назіраюцца з крокам у 15 градусаў, хоць прынцып дзейнічае бесперапынна на працягу ўсяго кручэння на 360 градусаў.

Табліца 1. Значэнні фазавага кута і велічыні

Адкладка гэтых значэнняў восі Y на працягу поўнага абарачэння дае прыблізнае ўяўленне пра сінусоідную хвалю. Такая сінусоідная форма распаўсюджана ў многіх прыродных з'явах, такіх як ваганні маятніка або вібрацыя гітарнай струны.

Частата і яе сувязь з сінусоідамі

Частата сінусоіды, вядомая як асноўная частата, залежыць ад колькасці полюсаў (магнітаў) і хуткасці кручэння, якая звычайна вымяраецца ў абаротах у хвіліну (аб/мін). Гэтую залежнасць апісвае ўраўненне f = (p/2) * аб/мін. У Паўночнай Амерыцы стандартная частата складае 60 Гц, гэта значыць, што сінусоіда паўтараецца 60 разоў у секунду. У Еўропе і іншых частках свету стандартная частата звычайна складае 50 Гц, у той час як у самалётах часта выкарыстоўваецца 400 Гц. Пры частаце 60 Гц форма хвалі напружання павышаецца да пікавага дадатнага значэння, апускаецца да нуля, апускаецца да пікавага адмоўнага значэння, а затым вяртаецца да нуля — шэсцьдзесят разоў у секунду.

---

Гэтая версія захоўвае арыгінальныя тэхнічныя дэталі, але пры гэтым прапануе больш лаканічнае і структураванае тлумачэнне.