Question

Что такое синус в электричестве?

На электрических форумах часто упоминают про какою то синусоиду. Кто может объяснить что это за такой синус и попроще.

Answer 1

Это форма переменного тока. Не синус, а именно синусоида. Синусом её жаргонно зовут, для краткости.

Синусоиду видели? Помните из геометрии? Плавная такая "змейка", ныряющая в отрицательные величины, возращающаяся к нулю, подымающаяся до максимума амплитуды в положительном диапазоне и снова вниз через нуль.

Так и ведёт себя переменный ток, что у нас в розетках. Потому и переменный - меняет знак. Плюс и минус в розетке меняются местами 50 раз в секунду.

Answer 2

Ну если совсем от адама начинать, то синус - то такая функция. Как и всякая функция, это зависимость одной величины от другой. Не только "игрек от икса", но и напряжение от времени. Если напряжение от времени зависит по синусоидальному закону, то математически это выражается как u(t) = Uo*sin ωt, Uo - амплитуда, t - время (независимая переменная, лии, что то же самое, - аргумент функции), ω - угловая частота. Графически это выглядит так:

Так выглядит напряжение в сети (220 вольт). По оси абсцисс отложено время в миллисекундах, так что "50 герц" - это как раз период в 20 миллисекунд. Угловая частота (ω) в 2пи раз больше "обычной" частоты. В теоретических удобнее пользоваться именно угловой частотой, но объяснение того, почему именно угловой, уведёт слишком далеко в область дифференциальных уравнений. Учтите, что 220 вольт - это не аплитуда, а "действующее значение", которое определяется тепловым действием напряжения и для синусоидального сигнала в корень из 2 раз меньше амплитуды.

Почему именно синус имеет столь важное значение в электротехнике: потому что именно для синусоидального сигнала наиболее хорошо разработана теория цепей, и именно для такого сигнала проще всего рассчитать реакцию цепи, даже сложной, на этот сигнал. Именно для синуса понятия "реактивное сопротивление" таких распространённых компонентов, как конденсатор или катущка индуктивности, имеют вполне определённые значения. Именно синусоидальные колебания являются свободными (собственными) для цепи, состоящей из конденсатора и катушки (колебательный контур). И даже для менее тривиальных цепей - например, генератор на линии задержки, - собственные колебания тоже будут синусоидальными.

Answer 3

Изначально электрический ток получали с помощью гальванических элементов и это был постоянный ток, то есть он протекал от плюсового источника тока к минвсовому при постоянной величине, ну немного уменьшаясь из-за разряда батареи. Потом появились электрические генераторы, в которых вращающееся магнитное поле генерировало ток и этот ток был переменный, так как магнит по кругу двигался около катушки или катушка двигалась, а магнит был неподвижный, не важно, главное в том, что при движении рамки в магнитном поле ток увеличивается от нуля до максимума, затем от максимума до нуля, затем меняет направление и снова уменьшается, а затем снова возрастает от отрицательного минмума до нуля и все это за один оборот ротора.

Закон изменения тока в электрической машине как раз и описывается функцией синуса. Для выпрямления тока использовали коллекторы, которые переключали отдельные катушки при повороте так, чтобы направление тока всегда было в одну сторону, а за счет увеличения числа катушек уменьшалась пульсация.

Когда же был изобретен трансформатор, то от постоянного тока для передачи на большие расстояния отказались, так как переменный ток лего трансформируется с малого напряжения на большое, затем передается с минимальными потерями по ЛЭП и снова трансформируется на месте потребления до нужных малых напряжений. Везде сейчас используется переменный ток, во всех домах, для освещения улиц, в станках на заводах и фабриках. В России сейчас в быту применяется однофазная сеть с напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. Это означает, что в розетке по одному проводу подведено напряжение, а второй провод является нулем. Но для объяснения, для чего нужен ноль еще нужно рассказать устройство трехфазной сети, но это уже к теме не относится. Для нас важно, что если к фазному и нулевому проводам подключить прибор, напримпр, лампу, то через него начнет протекать электрический ток, изменяемый по синусоиде. За одну секунду будет 50 положительных полупериодов, и столько отрицательных, а 100 раз вообще ток не будет течь, будет нулевое напряжение. Но мы это мерцание не увидим, так как нить накаливания в лампе не успевает остыть. А вот люминесцентные лампы дествительно потухают 100 раз в секунду и снова разгораются, что не совсем полезно для зрения.