תקופה ותדירות של זרם חילופין

יש להבין את המונח הזה "זרם חשמלי משתנה" כזרם המשתנה לאורך זמן בכל דרך שהיא, בהתאם למושג "כמות משתנה" שהוכנס במתמטיקה. בהנדסת חשמל, לעומת זאת, המונח "זרם חשמלי משתנה" פירושו זרם חשמלי שנזקף בכיוון (בניגוד ל זרם חשמלי עם כיוון קבוע) ולפיכך בגודל, שכן פיזית בלתי אפשרי לדמיין שינויים בזרם החשמלי בכיוון ללא שינויים מתאימים בגודל.

תנועת האלקטרונים במוליך, תחילה בכיוון אחד ולאחר מכן בכיוון השני, נקראת תנודת זרם חילופין. התנודה הראשונה גוררת אחריה השנייה, ואז השלישית וכו'. כאשר הזרם בחוט מתנודד סביבו, מתרחשת תנודה מתאימה של השדה המגנטי.

הזמן של תנודה אחת נקרא תקופה והוא מסומן באות T. התקופה מתבטאת בשניות או ביחידות של שברירי שנייה.אלו הם: אלפית השנייה היא אלפית השנייה (ms) שווה ל-10-3 שניות, מיליונית השנייה היא מיקרו-שנייה (μs) שווה ל-10-6 שניות, ומיליארדית השנייה היא ננו-שניה (ns) ) שווה ל-10 -9 שניות.

כמות חשובה אופיינית זרם חליפין, הוא התדר. הוא מייצג את מספר התנודות או את מספר התקופות בשנייה ומסומן באות f או F. יחידת התדירות היא הרץ, על שם המדען הגרמני G. Hertz ובקיצור לאותיות הרץ (או הרץ). אם מתרחשת תנודה אחת שלמה בשנייה אחת, אז התדר שווה להרץ אחד. כאשר מתרחשות עשר רעידות תוך שנייה, התדר הוא 10 הרץ. התדירות והתקופה הם הדדיים:

ו

בתדר של 10 הרץ, התקופה היא 0.1 שניות. ואם התקופה היא 0.01 שניות, אז התדר הוא 100 הרץ.

תדר הוא המאפיין החשוב ביותר של זרם חילופין. מכונות חשמליות והתקני זרם חילופין יכולים לפעול כרגיל רק בתדר שאליו הם מיועדים. פעולה מקבילה של גנרטורים ותחנות חשמליות ברשת משותפת אפשרית רק באותו תדר. לכן, בכל המדינות תדירות זרם חילופין המיוצר על ידי תחנות כוח סטנדרטית בחוק.

ברשת חשמלית AC, התדר הוא 50 הרץ. הזרם זורם חמישים פעם בשנייה בכיוון אחד וחמישים פעם בכיוון ההפוך. הוא מגיע לערך המשרעת שלו מאה פעמים בשנייה ונהיה שווה לאפס מאה פעמים, כלומר משנה את כיוונו מאה פעמים כשהוא חוצה את ערך האפס. מנורות המחוברות לרשת כבויות מאה פעמים בשנייה ונדלקות בעוצמה רבה יותר באותו מספר פעמים, אך העין אינה מבחינה בכך בשל אינרציה חזותית, כלומר, היכולת לשמור על הרשמים שהתקבלו למשך כ-0.1 שניות.

כאשר מחשבים עם זרמים מתחלפים, הם משתמשים גם בתדר הזוויתי, השווה ל-2pif או 6.28f. זה לא צריך להתבטא בהרץ, אלא ברדיאנים לשנייה.

עם התדר המקובל של זרם תעשייתי של 50 הרץ, המהירות המרבית האפשרית של הגנרטור היא 50 r/s (p = 1). גנרטורים לטורבינות בנויים למספר זה של סיבובים, כלומר גנרטורים המונעים על ידי טורבינות קיטור. מספר הסיבובים של הטורבינות ההידראוליות ומחוללי המימן המונעים על ידם תלוי בתנאים הטבעיים (בעיקר בלחץ) ומשתנה בגבולות רחבים, לפעמים יורד ל-0.35 - 0.50 סיבובים לשנייה.

למספר הסיבובים יש השפעה רבה על האינדיקטורים הכלכליים של המכונה - מידות ומשקל.מחוללי הידרו בכמה סיבובים לשנייה הם בעלי קוטר חיצוני גדול פי 3 עד 5 ומשקלם פי כמה מגנרטורים של טורבינות עם אותו הספק עם n = 50 סיבובים. באלטרנטורים מודרניים, המערכת המגנטית שלהם מסתובבת, והחוטים שבהם מושרה EMF ממוקמים בחלק הנייח של המכונה.

זרמים מתחלפים מחולקים בדרך כלל לפי תדר. זרמים עם תדר של פחות מ-10,000 הרץ נקראים זרמים בתדר נמוך (זרמים LF). עבור זרמים אלה, התדר מתאים לתדר הצלילים השונים של הקול האנושי או כלי הנגינה, ולכן הם נקראים אחרת זרמי תדר אודיו (למעט זרמים עם תדר מתחת ל-20 הרץ, שאינם תואמים לתדרי שמע) . בהנדסת רדיו, זרמים בתדר נמוך נמצאים בשימוש נרחב, במיוחד בשידור רדיו-טלפון.

עם זאת, את התפקיד העיקרי בתקשורת הרדיו ממלאים זרמי חילופין עם תדר מעל 10,000 הרץ, הנקראים זרמים בתדר גבוה או תדרי רדיו (זרמי HF).כדי למדוד את התדירות של זרמים אלה, נעשה שימוש ביחידות הבאות: קילהרץ (kHz), שווה לאלף הרץ, מגה-הרץ (MHz), שווה למיליון הרץ, וגיגה-הרץ (GHz), שווה למיליארד הרץ. אחרת, קילו-הרץ, מגה-הרץ וגיגה-הרץ מייצגים kHz, MHz, GHz. זרמים בתדר של מאות מגה-הרץ ומעלה נקראים זרמי תדר אולטרה-גבוה או אולטרה-גבוה (UHF ו-UHF).

תחנות רדיו פועלות באמצעות זרמי חילופין HF בתדר של מאות קילו-הרץ ומעלה. בטכנולוגיית הרדיו המודרנית משתמשים בזרמים בתדר של מיליארדי הרץ למטרות מיוחדות, ויש מכשירים שיכולים למדוד במדויק תדרים גבוהים במיוחד כאלה.