Περίοδος και συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος
Αυτός ο όρος «εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα» θα πρέπει να κατανοηθεί ως ένα ρεύμα που μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου με οποιονδήποτε τρόπο, σύμφωνα με την έννοια της «μεταβλητής ποσότητας» που εισάγεται στα μαθηματικά. Στην ηλεκτρική μηχανική, ωστόσο, ο όρος «εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα» κατέληξε να σημαίνει ένα ηλεκτρικό ρεύμα που αποδίδεται σε μια κατεύθυνση (σε αντίθεση με ηλεκτρικό ρεύμα με σταθερή κατεύθυνση) και επομένως σε μέγεθος, αφού είναι φυσικά αδύνατο να φανταστούμε αλλαγές στο ηλεκτρικό ρεύμα στην κατεύθυνση χωρίς αντίστοιχες αλλαγές στο μέγεθος.
Η κίνηση των ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό, πρώτα προς τη μία κατεύθυνση και μετά προς την άλλη, ονομάζεται ταλάντωση εναλλασσόμενου ρεύματος. Την πρώτη ταλάντωση ακολουθεί η δεύτερη, μετά η τρίτη κτλ. Όταν το ρεύμα στο σύρμα ταλαντώνεται γύρω από αυτό, εμφανίζεται αντίστοιχη ταλάντωση του μαγνητικού πεδίου.
Ο χρόνος μιας ταλάντωσης ονομάζεται περίοδος και συμβολίζεται με το γράμμα Τ. Η περίοδος εκφράζεται σε δευτερόλεπτα ή σε μονάδες κλασμάτων του δευτερολέπτου.Αυτά είναι: ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου είναι ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου (ms) ίσο με 10-3 s, ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου είναι ένα μικροδευτερόλεπτο (μs) ίσο με 10-6 s, και ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου είναι ένα νανοδευτερόλεπτο (ns ) ίσο με 10 -9 s.
Χαρακτηριστική σημαντική ποσότητα εναλλασσόμενο ρεύμα, είναι η συχνότητα. Αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ταλαντώσεων ή τον αριθμό των περιόδων ανά δευτερόλεπτο και συμβολίζεται με το γράμμα f ή F. Η μονάδα συχνότητας είναι το hertz, που πήρε το όνομά του από τον Γερμανό επιστήμονα G. Hertz και συντομεύεται στα γράμματα Hz (ή Hz). Εάν συμβεί μία πλήρης ταλάντωση σε ένα δευτερόλεπτο, τότε η συχνότητα είναι ίση με ένα hertz. Όταν συμβαίνουν δέκα δονήσεις μέσα σε ένα δευτερόλεπτο, η συχνότητα είναι 10 Hz. Η συχνότητα και η περίοδος είναι αμοιβαία:
και
Σε συχνότητα 10 Hz, η περίοδος είναι 0,1 s. Και αν η περίοδος είναι 0,01 s, τότε η συχνότητα είναι 100 Hz.
Η συχνότητα είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του εναλλασσόμενου ρεύματος Οι ηλεκτρικές μηχανές και οι συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούν να λειτουργήσουν κανονικά μόνο στη συχνότητα για την οποία έχουν σχεδιαστεί. Η παράλληλη λειτουργία ηλεκτρικών γεννητριών και σταθμών σε κοινό δίκτυο είναι δυνατή μόνο στην ίδια συχνότητα. Επομένως, σε όλες τις χώρες η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγεται από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής είναι τυποποιημένη από το νόμο.
Σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο AC, η συχνότητα είναι 50 Hz. Το ρεύμα ρέει πενήντα φορές το δευτερόλεπτο προς μία κατεύθυνση και πενήντα φορές προς την αντίθετη κατεύθυνση. Φτάνει την τιμή του πλάτους του εκατό φορές το δευτερόλεπτο και γίνεται ίσο με το μηδέν εκατό φορές, δηλαδή αλλάζει την κατεύθυνση του εκατό φορές όταν περάσει τη μηδενική τιμή. Οι λαμπτήρες που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο σβήνουν εκατό φορές το δευτερόλεπτο και ανάβουν πιο φωτεινές ίδιες φορές, αλλά το μάτι δεν το παρατηρεί λόγω οπτικής αδράνειας, δηλαδή της ικανότητας διατήρησης των λαμβανόμενων εντυπώσεων για περίπου 0,1 δευτερόλεπτα.
Κατά τον υπολογισμό με εναλλασσόμενα ρεύματα, χρησιμοποιούν επίσης τη γωνιακή συχνότητα, η οποία είναι ίση με 2pif ή 6,28f. Δεν πρέπει να εκφράζεται σε hertz, αλλά σε ακτίνια ανά δευτερόλεπτο.
Με την αποδεκτή συχνότητα βιομηχανικού ρεύματος 50 Hz, η μέγιστη δυνατή ταχύτητα της γεννήτριας είναι 50 r / s (p = 1). Οι στροβιλογεννήτριες κατασκευάζονται για αυτόν τον αριθμό στροφών, δηλαδή γεννήτριες που κινούνται από ατμοστρόβιλους. Ο αριθμός των στροφών των υδραυλικών στροβίλων και των γεννητριών υδρογόνου που κινούνται από αυτούς εξαρτάται από τις φυσικές συνθήκες (κυρίως από την πίεση) και κυμαίνεται εντός ευρέων ορίων, μερικές φορές μειώνοντας σε 0,35 - 0,50 στροφές / δευτερόλεπτο.
Ο αριθμός των στροφών έχει μεγάλη επίδραση στους οικονομικούς δείκτες της μηχανής — διαστάσεις και βάρος Οι υδρογεννήτριες με λίγες στροφές ανά δευτερόλεπτο έχουν εξωτερική διάμετρο 3 έως 5 φορές μεγαλύτερη και ζυγίζουν πολλαπλάσια από τις γεννήτριες στροβίλου με την ίδια ισχύ με n = 50 στροφές. Στους σύγχρονους εναλλάκτες, το μαγνητικό τους σύστημα περιστρέφεται και τα καλώδια στα οποία προκαλείται το EMF τοποθετούνται στο ακίνητο μέρος της μηχανής.
Τα εναλλασσόμενα ρεύματα συνήθως διαιρούνται με συχνότητα. Τα ρεύματα με συχνότητα μικρότερη από 10.000 Hz ονομάζονται ρεύματα χαμηλής συχνότητας (LF ρεύματα). Για αυτά τα ρεύματα, η συχνότητα αντιστοιχεί στη συχνότητα των διαφόρων ήχων της ανθρώπινης φωνής ή των μουσικών οργάνων, και επομένως ονομάζονται διαφορετικά ρεύματα συχνότητας ήχου (εκτός από τα ρεύματα με συχνότητα κάτω των 20 Hz, τα οποία δεν αντιστοιχούν σε συχνότητες ήχου) . Στη ραδιομηχανική, τα ρεύματα χαμηλής συχνότητας χρησιμοποιούνται ευρέως, ειδικά στη ραδιοτηλεφωνική μετάδοση.
Ωστόσο, τον κύριο ρόλο στη ραδιοεπικοινωνία παίζουν εναλλασσόμενα ρεύματα με συχνότητα άνω των 10.000 Hz, που ονομάζονται ρεύματα υψηλής συχνότητας ή ραδιοσυχνότητες (ρεύματα HF).Για τη μέτρηση της συχνότητας αυτών των ρευμάτων, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μονάδες: kilohertz (kHz), ίσο με χίλια hertz, megahertz (MHz), ίσο με ένα εκατομμύριο hertz, και gigahertz (GHz), ίσο με ένα δισεκατομμύριο hertz. Διαφορετικά, τα kilohertz, megahertz και gigahertz αντιπροσωπεύουν kHz, MHz, GHz. Τα ρεύματα με συχνότητα εκατοντάδων megahertz και άνω ονομάζονται ρεύματα υπερυψηλών ή υπερυψηλών συχνοτήτων (UHF και UHF).
Οι ραδιοφωνικοί σταθμοί λειτουργούν χρησιμοποιώντας εναλλασσόμενα ρεύματα HF με συχνότητα εκατοντάδων kilohertz και άνω. Στη σύγχρονη ραδιοτεχνολογία, ρεύματα με συχνότητα δισεκατομμυρίων hertz χρησιμοποιούνται για ειδικούς σκοπούς και υπάρχουν συσκευές που μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια τέτοιες εξαιρετικά υψηλές συχνότητες.