ІV. Теоретичні відомості та опис установки

1. Робота, яку виконує змінний струм, визначається його величиною та напругою в колі. Вона є мірою перетворення електричної енергії в інші види. Величина роботи змінного струму є змінною у часі, оскільки змінними є і струм, і напруга.

Якщо в колі наявний тільки активний опір , то зміна струму в часі () і напруги () співпадають за фазою (рис. 10а). Робота змінного струму за дуже малий проміжок часу визначається

 

 

(10.1)

 

Миттєва потужність може бути як додатною, так і від’ємною ( напр., потужність струму самоіндукції або розрядного струму конденсаторів, які віддаються генератору). В цьому випадку миттєве значення потужності

 

, (10.2)

 

Робота за період одного коливання :

 

(10.3)

 

 

2. Практичне значення має не миттєва потужність, яка змінюється періодично, а її середнє значення за великий проміжок часу. Таку потужність називають активною.

 

а б

 

 

Рис. 10.1 Фазові співвідношення між потужністю , струмом і напругою

в колі з активним опором (а) та реактивним опором (б).

 

 

Вона вимірюється у ватах (Вт). Для її знаходження достатньо провести усереднення роботи за один період . Тому з (10.3) маємо:

 

(10.4)

а - ефективні (діючі) значення сили змінного струму і напруги.

Діючим значенням сили змінного струму називається сила такого постійного струму, який у тому ж самому опорі за однаковий проміжок часу ( що рівний цілому числу періодів ) виділить таку ж саму теплову енергію, як і змінний струм.

3. Якщо коло має не тільки активний опір, а й реактивний ( ємність, індуктивність ), то між струмом і напругою виникає різниця фаз (рис. 10.1б). У цьому випадку усереднена потужність залежить не тільки від сили струму і напруги , але і від зсуву фаз між струмом і напругою, тобто

 

(10.5)

 

Величина називається коефіцієнтом потужності. Якщо в колі наявний тільки активний опір, то і , тобто є максимальною. Якщо коло містить тільки реактивний опір, то і середня потужність також дорівнює нулю, якими б великими не були напруга та струм у колі. Тобто в колі з індуктивністю і ємністю струм роботи не виконує. За першу чверть періоду енергія передається від генератора у зовнішнє коло, тобто накопичується в котушці індуктивності та в ємності у вигляді магнітної і електричної енергії. За другу чверть періоду ця ж енергія передається із зовнішнього кола до генератора.

За виміряними ватметром W, амперметром А та вольтметром V значеннями із формули (10.5) можна знайти коефіцієнт потужності