Obwody prądu przemiennego

1.Prąd przemienny

Prąd elektryczny, którego natężenie zmienia się okresowo w czasie. W najczęściej rozpatrywanym przypadku sinusoidalnym wartości natężenia i napięcia opisują funkcje sinus lub cosinus.

2.Okres $T$

Czas jednego pełnego cyklu zmian napięcia lub natężenia. Po czasie $T$ przebieg zaczyna się powtarzać.

3.Częstotliwość $f$

Liczba pełnych cykli w ciągu sekundy. Jest związana z okresem zależnością $f=\frac{1}{T}$. Jednostką jest herc, czyli $1\ \mathrm{Hz}=1\ \mathrm{s}^{-1}$.

4.Pulsacja $\omega$

Wielkość określająca szybkość zmian fazy w przebiegu sinusoidalnym. Dla prądu przemiennego $\omega=2\pi f$. Jednostką jest radian na sekundę.

5.Wartość maksymalna

Największa wartość chwilowa napięcia lub natężenia w przebiegu sinusoidalnym, oznaczana zwykle przez $U_{\max}$ lub $I_{\max}$.

6.Wartość skuteczna

Taka wartość napięcia lub natężenia przemiennego, która w oporniku wydziela średnio taką samą moc jak odpowiednie napięcie lub prąd stały. Dla sinusoidy: $U=\frac{U_{\max}}{\sqrt{2}}$ oraz $I=\frac{I_{\max}}{\sqrt{2}}$.

7.Faza

Wielkość określająca aktualny stan drgań lub przebiegu sinusoidalnego. Pozwala porównywać, czy napięcie i natężenie osiągają maksima w tych samych chwilach.

8.Przesunięcie fazowe

Różnica faz między napięciem a natężeniem. Informuje, czy prąd wyprzedza napięcie, czy się względem niego opóźnia.

9.Opór czynny $R$

Wielkość charakteryzująca element oporowy. W czystym oporniku napięcie i natężenie są zgodne w fazie, a energia elektryczna zamienia się głównie w ciepło.

10.Reaktancja indukcyjna $X_L$

„Opór” cewki dla prądu przemiennego wynikający z indukcji. Zależy od częstotliwości: $X_L=\omega L=2\pi fL$. Im większa częstotliwość, tym większa reaktancja cewki.

11.Reaktancja pojemnościowa $X_C$

„Opór” kondensatora dla prądu przemiennego. Zależy od częstotliwości: $X_C=\frac{1}{\omega C}=\frac{1}{2\pi fC}$. Im większa częstotliwość, tym mniejsza reaktancja kondensatora.

12.Impedancja $Z$

Całkowity „opór” obwodu prądu przemiennego wobec przepływu prądu. Uwzględnia zarówno opór czynny, jak i reaktancję. W szeregowym obwodzie $RLC$: $Z=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}$.

13.Prawo Ohma dla AC

Dla wartości skutecznych w obwodzie prądu przemiennego zachodzi zależność $I=\frac{U}{Z}$, gdzie $Z$ jest impedancją obwodu.

14.Obwód czysto oporowy

Obwód zawierający tylko opór czynny. Napięcie i natężenie są zgodne w fazie, a moc chwilowa jest zawsze dodatnia.

15.Obwód czysto indukcyjny

Obwód zawierający idealną cewkę. Natężenie jest opóźnione względem napięcia o $\frac{\pi}{2}$, czyli o ćwierć okresu.

16.Obwód czysto pojemnościowy

Obwód zawierający idealny kondensator. Natężenie wyprzedza napięcie o $\frac{\pi}{2}$, czyli o ćwierć okresu.

17.Rezonans w obwodzie $RLC$

Stan w szeregowym obwodzie $RLC$, gdy $X_L=X_C$. Wtedy impedancja jest najmniejsza i równa $R$, a natężenie prądu osiąga maksimum.

18.Częstotliwość rezonansowa

Częstotliwość, przy której w obwodzie $RLC$ zachodzi rezonans. Spełnia warunek $\omega_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}$, czyli $f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$.

19.Moc czynna $P$

Średnia moc zamieniana na inne formy energii, np. ciepło lub pracę. Dla prądu przemiennego: $P=UI\cos\varphi$, gdzie $\varphi$ to przesunięcie fazowe.

20.Współczynnik mocy $\cos\varphi$

Liczba z przedziału od $0$ do $1$ określająca, jaka część mocy pozornej zamienia się w moc czynną. Im większy $\cos\varphi$, tym efektywniejszy obwód.