Переменный ток

Ранее мы познакомились с постоянным электрическим током — направленным движением зарядов, для которого сила тока постоянна. В случае, если значение силы тока непостоянно, тогда ток будем называть переменным.

Для школьной физики переменный ток рассматривается в двух, в общем-то, похожих случаях:

Рассмотрение свободных колебаний в случае переменного тока аналогично постоянному. Точно так же существует закон Ома для цепи переменного тока, рассчитываются мощности и энергии (работы) для такого случая.

Для школы характерно описание переменного тока через гармонические законы. Переменными параметрами в цепи могут быть ЭДС (\displaystyle \varepsilon ), напряжение на элементе (\displaystyle U), сила тока (\displaystyle I), заряд конденсатора (\displaystyle q). Рассмотрим ЭДС источника гармонический колебаний:

\displaystyle \varepsilon ={{\varepsilon }_{0}}\sin (\omega t+{{\varphi }_{0}}) (1)

  • где
    • \displaystyle \varepsilon — текущее значение ЭДС (в момент времени \displaystyle t),
    • \displaystyle {{\varepsilon }_{0}} — амплитудное (максимальное) значение ЭДС,
    • \displaystyle \omega — циклическая частота колебания,
    • \displaystyle t — момент времени, в который изучается значение ЭДС,
    • \displaystyle {{\varphi }_{0}} — начальная фаза колебания.

Аналогичным образом можно ввести колебания напряжения \displaystyle U на элементе:

\displaystyle U={{U}_{0}}\sin (\omega t+{{\varphi }_{0}}) (2)

  • где
    • \displaystyle U — текущее значение напряжения (в момент времени \displaystyle t),
    • \displaystyle {{U}_{0}} — амплитудное (максимальное) значение напряжения,
    • \displaystyle \omega — циклическая частота колебания,
    • \displaystyle t — момент времени, в который изучается значение напряжения,
    • \displaystyle {{\varphi }_{0}} — начальная фаза колебания.

Таким же образом вводится и колебание силы тока:

\displaystyle I={{I}_{0}}\sin (\omega t+{{\varphi }_{0}}) (3)

  • где
    • \displaystyle I — текущее значение силы тока (в момент времени \displaystyle t),
    • \displaystyle {{I}_{0}} — амплитудное (максимальное) значение силы тока,
    • \displaystyle \omega — циклическая частота колебания,
    • \displaystyle t — момент времени, в который изучается значение силы тока,
    • \displaystyle {{\varphi }_{0}} — начальная фаза колебания.

И, аналогично, заряд на конденсаторе:

\displaystyle q={{q}_{0}}\sin (\omega t+{{\varphi }_{0}}) (4)

  • где
    • \displaystyle q — текущее значение заряда конденсатора (в момент времени \displaystyle t),
    • \displaystyle {{q}_{0}} — амплитудное (максимальное) значение заряда на конденсаторе,
    • \displaystyle \omega — циклическая частота колебания,
    • \displaystyle t — момент времени, в который изучается значение заряда конденсатора,
    • \displaystyle {{\varphi }_{0}} — начальная фаза колебания.

Важно: нужно помнить, что тригонометрически можно превратить синус в косинус:

\displaystyle \sin (\omega t+{{\varphi }_{0}})=\cos (\omega t+{{\varphi }_{0}}+{{90}^{{}^\circ }})=\cos (\omega t+\varphi _{0}^{/}) (5)

  • где
    • \displaystyle \varphi _{0}^{/}={{\varphi }_{0}}+{{90}^{{}^\circ }} — новая начальная фаза колебания.

Вывод: таким образом, рассмотрение переменного тока в случае формульных задач, связанных с соотношениями (1) — (4), касается анализа сомножителей и слагаемых, входящих в само соотношение.