Вынужденные электромагнитные колебания — переменный электрический ток. Генератор переменного тока. Трансформатор.

Потери энергии в колебательном контуре можно компенсировать, как и в механике, работой внешней периодической силы. Ее роль может играть переменное внешнее напряжение u(t), подаваемое на вход контура

Таким образом, вынужденные электромагнитные колебания - это переменный электрический ток. При таких колебаниях, согласно п. 6.1.9. система довольно быстро “подстраивается'^ под частоту внешней силы со„, а амплитуда колебаний зависит от разности со,, и «о.

Для создания на входе сети гармонически меняющегося напряжения необходим генератор. Такие генераторы находятся на электростанциях. Стандартная частота тока в нашей стране составляет 50Гц.

Основной частью генератора является проводящая рамка, вокруг которой вращается магнитное поле (см. рисунок). Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий рамку площадью 5, в однородном поле равен

где В — индукция магнитного поля, а - угол между вектором индукции и нормалью к рамке (раздел 5.2.7). При равномерном вращении с угловой скоростью со_в этот угол меняется со временем как а = со_нг. По закону электромагнитной индукции Фарадея (п. 5.2.11) э.д.с. индукции е, возбуждаемая в рамке, равна производной магнитного потока

Именно эта э.д.с. подается на вход сети.

Схема работы генератора переменного тока

При доведении электроэнергии от электростанции до потребителя необходимо сделать минимальными потери в подводящих проводах. Эти потери определяются, в основном, силой тока, которую, следовательно, при передаче энергии надо понижать. Перед использованием электроэнергии необходимо сделать обратное преобразование. Это осуществляется с помощью трансформаторов. Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, материал которого обладает большой магнитной проницаемостью, и двух надетых на него катушек с проволочной обмоткой. Одна из них, к которой подводится внешнее напряжение, называется первичной, другая, с которой снимается преобразованное напряжение — вторичной. Схема трансформатора приведена на рис. 6.13.

Рис. 6.13

Практически все линии индукции магнитного поля сосредоточены внутри сердечника. Поэтому можно считать, что магнитный поток, пронизывающий каждый виток обоих обмоток, одинаков; одинакова поэтому и его производная для каждого витка, т.е. э.д.с. Напряжение на каждой обмотке определяется производной потокосцепления (раздел 5.2.8)

где УУ| и N2 — число витков в обмотке. Отношение этих напряжений называют коэффициентом трансформации К

При К > 1 трансформатор называют понижающим и используют для понижения напряжения, а при К < 1 - повышающим и используют для обратной цели. В силу закона сохранения энергии мощность в первичной цепи трансформатора примерно равна мощности во вторичной цепи:

Следовательно,

т.е. повышая напряжение, мы во столько же раз уменьшаем силу тока, и наоборот.