Střídavý proudVznik střídavého proudu

(Učebnice strana 34 – 38)Doposud jsme jako zdroj napětí používali elektrický článek, baterii elektrických článků nebo akumulátor. Po připojení těchto zdrojů do uzavřeného elektrického obvodu, prochází obvodem proud stále stejným směrem od kladného pólu zdroje k zápornému pólu. Takový proud se nazývá stejnosměrný elektrický proud.

1,54,5

Graf závislosti konstantního stejnosměrného proudu (např. I = 3 A) a stejnosměrného napětí (např. U = 50 V) na čase:

I [A]

t [s]

0

3

U [V]

t [s]0

50

Při zasouvání magnetu do cívky se v cívce indukoval proud jednoho směru, při vysouvání proud opačného směru.

Při opakovaném zasouvání a vysouvání magnetu z cívky se směr proudu v cívce střídá. Takový proud se nazývá střídavý proud.

Místo zasouvání magnetu do cívky budeme magnetem v blízkosti cívky otáčet.Během jedné otáčky magnetu se ručka ampérmetru vychýlí od nulové polohy na jednu stranu, potom přejde přes nulovou polohu na druhou stranu a vrátí se na nulovou polohu stupnice.V cívce se indukuje elektrický proud, jehož směr se pravidelně mění. Cívkou prochází střídavý proud.

Proud se plynule mění od nuly k největší kladné hodnotě (Imax) a pak se zmenšuje k nule. V tu chvíli se jeho směr změní na opačný. Dále se zvětšuje hodnota záporného proudu až k největší hodnotě (Imax) a poté se plynule zmenšuje k nule. V tom okamžiku se opět změní směr proudu v opačný, tedy kladný a a jeho hodnota plynule vzrůstá.

I [A]

t [s]0

Graf závislosti proudu na čase:Imax

Imax

Křivka znázorňující časový průběh střídavého proudu v cívce má tvar sinusoidy.

Otáčí-li se cívka v magnetickém poli, indukuje se v jejich závitech proud. Hodnoty indukovaného proudu v malé cívce otáčející se rovnoměrně v magnetickém poli byly zaznamenány počítačem a jsou uvedeny v následující tabulce.

t [s] 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

I [μA] 0 13 24 26 16 0 ‒18 ‒26 ‒24 ‒15 0

Graf časového průběhu střídavého proudu:I [μA]

t [s]0

10

20

30

‒ 20

‒ 30

‒ 100,05 0,10 0,15 0,20

Tento průběh odpovídá jedné otočce cívky, to je za 0,2 s se v grafu vyskytuje jeden „vrch“ a jeden „důl“.

Kdybychom zaznamenávali hodnoty proudu při několika otáčkách, vždy za dobu 0,02 s se průběh proudu opakuje.

Doba, za kterou se průběh střídavého proudu opakuje, se nazývá perioda střídavého proudu. Označujeme ji T a měříme ji v sekundách.

I [μA]

t [s]0

10

20

30

‒ 20

‒ 30

‒ 100,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

T

Perioda střídavého proudu z grafu je T = 0,2 s.

Počet period střídavého proudu za jednu sekundu udává frekvenci (kmitočet) střídavého proudu a označuje se f. Platí:

Tf

1

Jednotkou frekvence (kmitočtu) střídavého proudu je herzt, značí se Hz.Střídavý proud má frekvenci (kmitočet) 1 hertz, trvá-li jeho perioda 1 sekundu.Je-li perioda střídavého proudu z grafu T = 0,2 s, potom jeho frekvence f je

Hz 5Hz 2,0

101

Tf

Perioda střídavého proudu je veličinou, kterou lze ovlivnit už při vzniku střídavého proudu a to rychlostí otáčení cívky v magnetickém poli. Čím se cívka otáčí rychleji, tím je větší kmitočet a menší perioda vzniklého střídavého proudu.

I [A]

t [s]0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

T1

Imax

Imax

s 21 T Hz 5,0Hz 2

11

11

Tf

T2T3

s 12 T Hz 1Hz 1

11

22

Tf

s 5,03 T Hz 2Hz 5,0

11

33

Tf

4

Čím je perioda střídavého proudu menší, tím jsou změny průběhu proudu rychlejší (tím větší je kmitočet).

Střídavý proud ve spotřebitelské síti má frekvenci 50 Hz. Perioda tohoto střídavého proudu je

s 02,0s 50

11

fT

Grafem závislosti Indukované střídavého napětí mezi vývody cívky, která se rovnoměrně otáčí v magnetickém poli, na čase je také sinusoida. Otáčením cívky v magnetickém poli nebo magnetu v blízkosti cívky se vyrábí elektrický proud i v elektrárnách.Stroje na výrobu elektrického proudu na základě elektromagnetické indukce se nazývají alternátory.V elektrárnách alternátory tvoří zpravidla sudý počet cívek, které tvoří stator. Mezi cívkami se rovnoměrně otáčejí elektromagnety, které tvoří rotor alternátoru. Rotorem v elektrárně točí turbína. V alternátorech se tedy pohybová energie rotoru přeměňuje na elektrickou energii, kterou odebíráme z cívek statoru. Alternátory se používají také v automobilech a na jízdních kolech. Pohybová energie otáčejících se kol se přeměňuje na pohybovou energii rotoru alternátoru. Ta se pak mění na elektrickou energii. V malém alternátoru jízdního kola se jako rotor používá trvalý magnet.

ELEKTRÁRNA

První laboratorní stroj na výrobu stejnosměrného proudu založený na principu elektromagnetické indukce sestrojil Faraday. Takové stroje se nazývají dynama.Dnes se dynama používají pouze pro speciální účely, např. v obloukových pecích nebo k pohonu tramvají, trolejbusů nebo některých lokomotiv.

Proud, který prochází v obvodu stále stejným směrem, je stejnosměrný proud. Proud, jehož směr se v obvodu opakovaně mění, je střídavý proud. Rovnoměrným otáčením cívky v magnetickém poli vzniká střídavý proud, jehož časový průběh je znázorněn sinusoidou. Stejný průběh má i střídavý proud vyráběný v elektrárnách v alternátorech. Doba T, za kterou se průběh střídavého proudu opakuje, se nazývá perioda střídavého proudu. Kmitočet (frekvence) střídavého proudu f udává počet period za 1 sekundu,

Jednotkou kmitočtu je hertz (Hz).T

f1

Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 38 – 39.