Электричество шаг за шагом

Т-130. Родившаяся из чисто геометрических построений синусоида, как оказалось, описывает много самых разных процессов, в том числе электрических. Зависимость, о которой рассказывают график и таблица на рисунке Р-67, как уже было отмечено, называется синусоидальной, или, иначе, гармонической зависимостью, а сама кривая на графике — синусоидой. Таблица и график — это своего рода рабочий инструмент, а обозначение sin — обычное математическое указание к действию. Когда мы видим запись А = В2, то знаем: чтобы найти А, нужно В возвести в квадрат, то есть провести простое умножение А = В2 = В∙В. Когда написано А = В/С, то А находят, разделив В на С. Когда же написано А = В∙sin 60°, то для вычисления А нужно найти в таблице значение sin α для угла α = 60° и умножить В на найденную в таблице величину.

Можно, конечно, нарисовать много кривых, похожих на синусоиду, но синусоидой называется только одна (Р-60). Именно та, которая в точности соответствует таблице на рисунке Р-67. О замечательных особенностях синусоиды, о том, почему она оказалась столь универсальной, надо бы рассказать отдельно и подробнее. Но это уже когда-нибудь потом. Сейчас достаточно сказать, что в точности по синусоидальному сценарию протекает огромное множество природных процессов. По синусоиде, в частности, меняется энергия звуковой волны, скорость движения маятника, отклонение колеблющейся струны, изменение магнитного и электрического полей в радиоволне. Даже изменение численности зайцев в каком-либо регионе тоже очень напоминает синусоиду.

Для нас особо важно, что по закону синуса меняется скорость, с которой равномерно вращающиеся проводник или рамка из двух проводников пересекают магнитное поле. Поэтому в таком простейшем генераторе наводится синусоидальная — именно синусоидальная! — электродвижущая сила, а при подключении к нему нагрузки в цепи идёт синусоидальный ток.

Практически во всех генераторах переменного тока, от небольших, в бортовой сети автомобиля, до самых мощных генераторов на электростанциях, питающих электроэнергией города и страны, везде э.д.с. получают, вращая систему проводов в магнитном поле. Поэтому везде эта э.д.с. получается синусоидальной, и все потребители электроэнергии получают именно синусоидальное переменное напряжение в свои дома или на заводы. Правда, для некоторых транспортных машин, в частности для электропоездов и трамваев, переменное синусоидальное напряжение потом преобразуют в постоянное, но это уже совсем другая история.

Особый интерес представляет одна исключительно важная особенность синусоидальной зависимости, которую нетрудно заметить, если всмотреться в её график, особенно на рисунке Р-60.

Т-131. Скорость изменения синусоидального напряжения (э.д.с., тока) также изменяется по синусоидальному закону. В своё время мы обратили особое внимание на то, что в ряде случаев важна не абсолютная величина чего-либо (объёма воды, пройденного пути, тока), а скорость её изменения. Подтверждение этой истины в цепях переменного тока можно встретить на каждом шагу, и для синусоидальных процессов она приобретает особое значение. Чтобы увидеть это, давайте для начала посмотрим, чему равна скорость изменения переменного синусоидального напряжения U (напряжение выбрано в качестве примера, то же самое можно было бы сказать о токе или э.д.с.).