Цепь переменного тока с активным сопротивлением

Известно, что сопротивление одного и того же проводника переменному току больше, чем постоянному току. Это объясняется явлением поверхностного эффекта, сущность которого заключается в следующем. Электрические заряды, обуславливающие постоянный ток, распределяются по сечению проводника равномерно, примерно так, как показано на рис. 2.3, а. При прохождении по проводнику переменного тока, создаваемый им переменный магнитный поток вытесняет электрические заряды из центральной части проводника к его периферийным слоям (рис. 2.3, б).

а) постоянный ток б) переменный ток

Рис. 2.3 Распределение электрических зарядов по сечению проводника

Чем выше частота тока в цепи, тем ближе к поверхности проводника располагаются электрические заряды. При этом плотность зарядов на поверхности проводника увеличивается и его сопротивление возрастает. Сопротивление проводника постоянному току называют омическим сопротивлением, а его сопротивление переменному току – активным сопротивлением. К активным сопротивлениям относят электрические лампы накаливания, электрические печи, различные нагревательные приборы и провода, где электрическая энергия почти целиком превращается в тепловую энергию.

Рассмотрим цепь, состоящую из активной нагрузки с сопротивлением R(рис. 2.4), к зажимам которой приложено переменное напряжение.

(2.5)

Рис. 2.4 Цепь переменного тока с активной нагрузкой.

Мгновенное значение тока в цепи определяется по закону Ома

(2.6)

где

Сравнивая между собой выражения (2.5) и (2.6), отметим, что в цепи переменного тока с активным сопротивлением напряжение и ток совпадают по фазе друг с другом.

Мгновенная мощность такой цепи равна произведению мгновенных значений тока и напряжения.

(2.7)

Построим волновую и векторную диаграммы цепи переменного тока с активным сопротивлением (рис. 2.5).

Рис. 2.5 Волновая и векторная диаграммы цепи переменного тока с активным сопротивлением.

Как видно из волновой диаграммы, потребление мощности в сети с активной нагрузкой периодически изменяется от нуля до максимального значения и опять до нуля. При этом знак мощности всё время остаётся положительным. Это означает, что в активной нагрузке происходит процесс необратимого преобразования электрической энергии в тепловую энергию.

Мощность цепи переменного тока принято оценивать по среднему значению мгновенной мощности за период:

=

Следовательно, в цепи переменного тока с активным сопротивлением активная мощность определяется как произведение действующих значений тока и напряжения: