+ Pokaż spis treści

Prąd przemienny


Prądnica prądu przemiennego


Prądnica, jest to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną. Prądnicę stanowi przewodnik zwinięty w kształt ramki, umieszczony w polu magnetycznym o stałej indukcji B [rys.18]. Ramka jest obracana wokół osi z prędkością kątową  , gdzie T jest okresem, czyli czasem jednego obrotu. Końce ramki są połączone z metalowymi pierścieniami, do których dociskają szczotki stanowiące bieguny prądnicy.

Podczas obrotu ramki w polu magnetycznym zmienia się strumień magnetyczny przenikający przez ramkę [przy różnych ustawieniach ramki, różne są pola powierzchni przez którą przenika pole magnetyczne]. Zmiana strumienia magnetycznego przenikającego przez ramkę, wzbudza pomiędzy końcami ramki  różnicę potencjałów czyli tzw. siłę elektromotoryczną indukcji [SEM - E]. Ta różnica potencjałów okazuje się być zmienna w czasie. Można ją wyrazić wzorem:  , gdzie : E jest wartością SEM w dowolnej chwili t, E0 jest maksymalną wartością SEM,  jest prędkością kątową ramki , a  t - czasem [momentem], w którym wartość SEM wynosi E. 

Jeżeli w obwodzie zasilanym taką prądnicą znajdzie się odbiornik o oporze R, to popłynie przez niego prąd o natężeniu zmieniającym się w czasie zgodnie z wzorem: ,  gdzie I jest natężeniem prądu w chwili t, a I0 jest maksymalnym natężeniem prądu. 

Cechy prądu przemiennego - sieciowego

Taki prąd, którego napięcie i natężenie zmieniają się zgodnie z powyższymi wykresami, nazywamy prądem przemiennym. Takim prądem są zasilane elektryczne urządzenia domowe. Prądnice tego prądu znajdują się w elektrowniach i za pośrednictwem sieci przesyłowej, prąd przemienny dociera do odbiorców. Prąd sieciowy jest prądem, którego napięcie maksymalne wynosi około 310V, a napięcie nazywane skutecznym - 220V. Okres wynosi 1/50 s, a jego odwrotność, czyli częstotliwość prądu wynosi 50 Hz. Oznacza to, że prąd płynący przez odbiorniki w naszych mieszkaniach: w czasie 1 sekundy zmienia 100 razy kierunek płynięcia, osiąga maksymalne natężenie i napięcie 50 razy podczas płynięcia w jedną stronę i 50 razy podczas płynięcia w drugą stronę, 100 razy napięcie i natężenie osiągają wartości zerowe.

Napięcie i natężenie skuteczne

Prąd przemienny płynąc przez odbiorniki wykonuje pracę, która nie jest stała w czasie. Moc prądu również nie jest stała. 
 
Ponieważ moc , to praca  W = P t . Miarą pracy jest pole figury otrzymanej pod wykresem P(t) na rys.20. Średnia wartość tej pracy jest równa  i  jej miarą jest pole figury pod wykresem zależności średniej mocy od czasu.
 
Uśrednienie pracy i mocy prądu pozwala na obliczenie wartości natężenia i napięcia takiego prądu stałego, który w tym samym czasie [np. t = 1T = 1 okres] wykonuje pracę równą pracy prądu przemiennego. Te stałe wartości  natężenia i napięcia nazwano natężeniem skutecznym [Isk] i napięciem skutecznym [Usk] prądu przemiennego. W porównaniu z wartościami maksymalnymi [I0 i U0] natężenia i napięcia, wartości skuteczne wynoszą :  i
Dla prądu sieciowego napięcie skuteczne wynosi 220V, a wartość natężenia zależy od oporu odbiornika prądu. Moc odbiorników podawana przez producentów jest mocą średnią, a mierniki napięcia i natężenia prądu przemiennego mierzą wartości skuteczne. Średnia moc prądu przemiennego wynosi:  Pśr= Usk* Isk = Isk2R