Электричество шаг за шагом

Очень простые расчётные формулы, позволяющие подсчитать, какое сопротивление окажут переменному току определённой частоты конденсатор или катушка, действительны только для тока, который меняется по закону синуса. Поведение колебательного контура при смене частоты мы можем легко оценить тоже только для синусоидального тока. Одним словом, вся электротехника переменного тока рассчитана прежде всего на синусоидальный ток. Однако есть способ так описать совершенно не похожий на синусоиду сложный и очень сложный ток, что для него будут действительны все законы и все формулы, рассчитанные только на ток синусоидальный.

Т-144. Всё рассказанное о переменном токе относится только к одной его разновидности — к синусоидальному току. Всё, что было рассказано в предыдущих разделах о переменном токе (э.д.с., напряжении), справедливо лишь для одной его разновидности — для синусоидального переменного тока. Чтобы почувствовать важность этого напоминания, полезно ещё раз взглянуть на Р-60, где показаны пять графиков разных переменных токов. Во многом они похожи — токи меняются и по величине, и по направлению, у них одинаковые амплитуды, одинаковый период, а значит, и частота. Различается эта пятёрка переменных токов только одной второстепенной, казалось бы, подробностью — токи изменяются по-разному. Какие-то токи меняются резко, скачкообразно, какие-то более плавно, постепенно. Есть в наборе два тока, очень похожих по характеру изменения, но только один ток из всей пятёрки имеет право называться синусоидальным (Р-60.5) — он меняется с течением времени именно так, как меняется длина линии синуса при изменении угла а в известном геометрическом построении (Р-67).

Мы ещё раз повторим это уже известное читателю утверждение ввиду его исключительной важности. Всё, что до сих пор говорилось о переменном токе, о его мгновенных и эффективных значениях, фазовых сдвигах, индуктивных, ёмкостных и комплексных сопротивлениях, все законы переменного тока, приведённые для него расчётные формулы и векторные диаграммы — всё это действительно только для синусоидального тока и только для него. Для переменных токов, у которых иной характер изменения, всё, что было рассказано до сих пор, недействительно. Для них нужна была бы совсем другая наука об электричестве, причём для каждого своя.

Невесёлое сообщение сделано совсем не для того, чтобы огорчить читателя. Это было всего лишь необходимое предисловие к приятному сообщению: есть сравнительно простой приём, позволяющий накопленные при работе с синусоидальным током знания применить и для несинусоидальных переменных токов.

Т-145. Спектр переменного тока сложной формы — это эквивалентный ему набор синусоидальных токов с разными частотами и амплитудами. Для того чтобы правила, законы, расчётные формулы, векторные диаграммы и другие наработки для синусоидального тока применить к переменному току иной формы, проще всего этот «неправильный ток» представить как сумму синусоидальных токов — синусоидальных составляющих. Тогда можно будет с каждой из них работать по известным для синусоидального тока законам и правилам, а затем, при необходимости, просуммировать полученные результаты. Эта сумма результатов покажет, что происходит со сложным током в целом.

Итак, первая задача — для какого-либо переменного тока сложной формы нужно найти набор синусоидальных составляющих, сложив которые, мы получим этот исходный сложный «неправильный» переменный ток. Сразу же сообщим, что такой набор синусоидальных составляющих какого-либо сложного тока — это его спектр. Слово это происходит от латинского «спектрум», что означает «видимый, видение», и используется очень широко. Мы говорим о спектре человеческих характеров (основные типы характера), о спектре звука (слышимые синусоидальные составляющие реальной речи или музыки), о спектре массы летательных аппаратов (от лёгкого дельтаплана массой несколько килограммов до орбитальной станции в несколько тысяч тонн) и тому подобном.