התנועה הכיוונית של חלקיקים טעונים תחת פעולת כוח מניע חשמלי (EMF) נקראת זרם חשמלי, היא משתנה וקבועה. במקרה האחרון, תנועת הנוקלונים יציבה בזמן, ובמקרה הראשון, היא הופכת מעת לעת את הכיוון ואת הגודל. אחד הפרמטרים העיקריים של זרם חילופין הוא תדר. המאפיין תלוי בתדירות התנודות של אלקטרונים, ניתן למדוד אותו במספר דרכים ומכשירים.
תוֹכֶן
- זרם חשמלי לסירוגין
-
תקופת אדווה ותדירות
- עוצמת המחזור
- סכנה של טעינות רב-תדריות
- כלי מדידה
זרם חשמלי לסירוגין
באנגלית, מונח זה מתאים לביטוי זרם חילופין - קיצור AC; בהנדסת חשמל, סימן הטילדה (~) משמש כינוי אות. זרם החילופין משתנה בתקופה סינוסואידית. המקורות הם גנרטורים היוצרים EMF באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית. הרמקול מאופיין בפרמטרים הבאים:
- מתח רשת U בוולט;
- חוזק זרם I = Q / Δt, [A] הוא מספר המטענים שעברו דרך חתך המוליך ליחידת זמן;
-
תקופה T - מרווח זמן של מחזור שלם של שינויים; - תדר f הוא מספר התנודות במהלך שנייה: f = 1 / T, [Hz] ברשתות מקומיות התקן הוא 50 הרץ;
- צפיפות זרם j = I / S, [A / mm2] היא כמות וקטורית, כאשר S הוא שטח החתך של המוליך, כיוון j עולה בקנה אחד עם מהלך התנועה של האלקטרונים;
- שלב - מצב ה-AU, יכול להיות חד ורב פאזי;
- משרעת I max - גובה הסינוסואיד, הערך המרבי של הזרם שהושג באופן מיידי במהלך התקופה.
בתעשיית החשמל, משתמשים בעיקר ברשתות תלת פאזיות: 3 מעגלים חשמליים נפרדים עם אותם מתח ותדר במעבר φ = 120°. היציבות והאמינות של רשת החשמל כולה תלויה ביציבות תנועות הרטט של נוקלונים במערכת.
תקופת אדווה ותדירות
המהות הפיזית של זרם חילופין טמונה בתנועת אלקטרונים במוליך, תחילה בכיוון אחד, ואז בכיוון השני. מחזור מלא של תנועות קדימה ואחורה מתבצע לתקופה מסוימת, הנקבעת על פי תדירות התנודות: T = 1 / f.
עוצמת המחזור
עבור התנאים של רשתות חשמל ברוסיה, המחוון הוא f = 50 הרץ, והזמן של אדווה אחת הוא T = 1/50 = 0.02 שניות. המשוב של שני הפרמטרים מאפשר לך לקבוע את התדר ~ הזרם לפי משך האות: f = 1 / 0.02 = 50 הרץ.
הרץ אחד פירושו תנודה אחת בשנייה. ככל שהכוח האלקטרו-מוטורי משתנה מהר יותר, כך וקטור הרדיוס מתהפך מהר יותר והתקופה מתקצרת. בהתאם לכך, כאשר מכריחים את המהירות, התדר עולה: הערכים של T ו-f הם פרופורציונליים הפוך, ככל שאחד יותר, השני פחות. הערכים של המאפיין f משתנים על פני טווח רחב, אשר קובע מראש את השימוש בטרמינולוגיה מורחבת:
| מספר אפסים אחרי אחד | קידומת הרץ |
| 3 (אלף) | קילו (kHz) |
| 6 מיליון) | מגה (MHz) |
| 9 (מיליארד) | גיגה (GHz) |
בהתאם לערך, התדירות של זרם החילופין מחולקת לתתי הקבוצות הבאות:
- תעשייתי: 16-25 הרץ ברשתות רכבת בחלק מהמדינות, 25 ו-75 הרץ בסכימות חסימת מעגלים, באוטונומיות מערכות תעופה ואנרגיה צבאית - 400 הרץ, בחלק מהמתקנים התעשייתיים והחקלאיים 200-400 הרץ;
-
הצלילים הם בטווח של 20-20,000 הרץ (20 קילו-הרץ), באנטנות שידור - עד 1.5 גיגה-הרץ; - טכני: אוטומציה - נעשה שימוש בטווח שבין 1 קילו-הרץ ל-1 ג'יגה-הרץ, מתכות והנדסת מכונות: התכה, ריתוך וטיפול בחום של מתכות;
- תחנות מכ"ם לתקשורת לוויינית, מערכות מיוחדות GLONASS, GPS - עד 40 GHz ומעלה.
זרמים בתדר גבוה (HFC) מתחילים ברמה של עשרות קילו-הרץ, כאשר הקרינה באה לידי ביטוי באופן משמעותי גלים אלקטרומגנטיים ואפקט העור: המטען שנע במוליך מופץ לא על פני החתך, אלא פנימה שכבת פני השטח.
מחוללי חשמל ומעגלי תנודה משמשים לייצור HDTV. במקרה האחרון, המכשיר הוא מעגל עם קיבול ושראות כלולים.
סכנה של טעינות רב-תדריות
מתחי ה-AC וה-DC המקבילים להשפעה על גוף האדם הם 42 וולט ו-120 וולט, בהתאמה. אי השוויון בסכנה נעלם כאשר EMF מגיע ל-500 V, ובערכים גבוהים הקבוע הופך למסוכן יותר. הביטויים של ההשפעה השלילית של האחרונים הם תרמית ואלקטרוליטית, והביטוי לסירוגין מתבטא בעיקר בהתכווצות של כלי דם, שרירים ומיתרי הקול. במקרה זה, תדירות הזרם ממלאת תפקיד מכריע בסכנה:
-
40-60 הרץ - האיום הגדול ביותר של פציעה, האפשרות של פרפור לב; עלייה נוספת בעוצמת תנודות המטען מובילה לירידה בסיכון, אך הסבירות למוות נשארת בתוך כל טווח התדרים התעשייתיים - עד 500 הרץ; - מעל 10 קילו-הרץ, HDTV מתחיל - הם בטוחים עד לרמה של 1 מגה-הרץ ביחס לנגעים פנימיים, אשר נובע מכך אפקט העור, אבל לגרום לכוויות והאיום מהם הוא לא פחות מאשר מתמיד או משתנים של הקודם קבוצות;
- זרמים בתדר גבוה מלווים בקרינה אלקטרומגנטית - מהצד הזה ישנה אפשרות של השפעה שלילית על אורגניזמים חיים.
השימוש בהם ברפואה לפרוצדורות פיזיותרפיות מבוסס על הבטיחות היחסית של טלוויזיות HD. חומרת התחשמלות תלויה לא רק בפרמטרים הפיזיים של המטען, אלא גם במצב גוף האדם.
כלי מדידה
כדי לקבוע את עוצמת התנודות, נעשה שימוש באוסילוסקופ, עליו ניתן לראות את התדירות והצורה של האות. ישנם גם מכשירים מיוחדים - מדי תדר. הם משתמשים בשיטות הבאות לקביעת הפרמטר:
-
טעינת יתר של קבלים - הערך הממוצע של הזרם הוא פרופורציונלי לעוצמתו ונמדד על ידי מד זרם מגנו-אלקטרי עם קנה מידה בהרץ; - ספירה בדידה - תיקון פולסים בתדירות הנדרשת לתקופה מסוימת, קבלת נתונים דיוק מספיק: שגיאה בטווח של 2%, זהו אינדיקטור טוב לשימוש ביתי התקן;
- שיטת התהודה מבוססת על תופעה חשמלית בעלת אותו שם המתרחשת במעגל עם אלמנטים הניתנים לכוונון; תדר - יותר מ-50 הרץ, נקבע לפי קנה המידה של מנגנון ההתאמה.
שיטה ידועה נוספת משמשת באוסילוסקופים, המבוססת על ערבוב והשוואה של פרמטר ייחוס עם תדר נמדד. כתוצאה מחפיפה מתרחשת מכות, ובעת יישור נקבעת דמות מסוימת על המסך. המאפיין הרצוי מחושב לפי לוח הזמנים הקבוע באמצעות נוסחאות מתמטיות.
