22. Вимушені електричні коливання. Змінний струм.

Вільні електромагнітні коливання в контурі зазвичай швидко загасають через втрати тепла на активному опорі котушки і на випромінювання електромагнітних хвиль, тому частіше використовують вимушені електромагнітні коливання, які виникають під дією зовнішньої періодичної ЕРС. Змінна ЕРС виникає, наприклад, в дротяній рамці із кількох витків під час її обертання в однорідному магнітному полі. Виникнення ЕРС індукції в цьому разі зумовлено дією на рухомі електрони сили з боку магнітного поля. Вона викликає переміщення електронів у провідниках. Оскільки магнітний потік, який пронизує рамку, періодично змінюється відповідно до закону електромагнітної індукції, то періодично змінюється і ЕРС індукції. Під час замикання в колі змінна ЕРС створює змінний струм. Значення такого струму і напруги в колі змінюються з часом за гармонічним законом. Ці періодичні зміни викликають періодичні коливання швидкості впорядкованого руху заряджених частинок.

Змінний струм — це вимушені електричні коливання; електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.

Рівняння змінного струму:

i=I₀sin(ωt)

u=U₀sin(ωt)

ε=Ε₀sin(ωt)

I, u, ε - миттеві значення

I₀, U₀, Ε₀ - амплітудні значення

23. Генератор змінного струму.

Найпростіший генератор змінного струму складається із дротяної рамки (ротора), яку зовнішня сила приводить в обертання у полі нерухомого магніту (статора). Під час обертання рамки змінюється магнітний потік через рамку, внаслідок чого в ній індукується змінна електрорушійна сила. Кінці рамки підведені до кілець, щільно притиснутих до контактних щіток, які знімають змінну напругу. У процесі створення реальних генераторів змінного струму спочатку збільшували число витків, які обертаються в магнітному полі, але це призводило до пошкодження контактних ділянок унаслідок сильного іскріння. Тому в подальшому обмотку (витки) зробили статором (зникла необхідність у кільцях і щітках), а роль ротора відіграє магніт (або електромагніт). 

24. Трансформатор.

Трансформатори напруги — це пристрої для зміни напруги: зменшення (знижувальні трансформатори) або збільшення (підвищувальні трансформатори). Дія трансформаторів заснована на взаємній індукції — окремому випадку електромагнітної індукції. ЕРС індукції наводиться у кожному витку, тому чим більше витків у вторинній котушці, тим більша напруга наводиться в ній. Якщо число витків у первинній котушці () більше, ніж у вторинній (), то трансформатор знижує напругу, і навпаки. Відношення n₁/n₂=U₁/U₂=K — коефіцієнт трансформації. Якщо K>1, то трансформатор знижувальний, а якщо K<1 — підвищувальний. 

25. Виробництво, передача та використання енергії електричного струму.

В основному призначена для використання у виробництві і побуту електроенергія виробляється електростанціями, де механічна енергія обертання парових турбін перетворюється в електричну електричними генераторами. Тепло, необхідне для нагрівання пари, яка обертає турбіни, отримують в основному за рахунок викопного палива. Крім теплових електростанцій значна частина електроенергії виробляєтьсяатомними електростанціями та гідроелектростанціями. В останньому випадку використовується відновлюване джерело енергії. Іншими відновлюваними джерелами енергії є енергія вітру, яку використовують дедалі популярніші в сучасну епоху вітрові електростанції. Пряме використання сонячної енергії можливе завдяки сонячним елементам.

На сучасному етапі розвитку електроенергетики вигідніше мати декілька великих електростанцій і від них передавати енергію навіть віддаленим за сотні кілометрів споживачам, ніж будувати велику кількість маленьких електростанцій у багатьох регіонах країни. Генератори потужних електростанцій виробляють змінний струм частотою 50 Гц і напругою 20 кВ. Потужність на шляху до споживача дорівнює P=I²R. Оскільки потужність P=IU, то зменшити I можна, збільшуючи U. Це досягається завдяки каскаду підвищувальних трансформаторів (110 кВ  220 кВ  400-800 кВ). У місцях споживання електроенергії відбувається зворотний процес. У майбутньому можливе створення надпровідних ліній електропередач. 

У 1870-х роках століття з'явилася лампа розжарювання, яка стала першим побутовим приладом, що вимагав проведення електричної мережі в кожну людську оселю й установу. Ще до її появи електрика використовувалася телеграфом ітелефоном — важливими комукаційними приладами. Серед важливих домашніх електроприладів: радіо, телевізор, програвач, пральна машина, холодильник, кондиціонер, обігрівач та багато інших. Багато з цих приладів використовуютьелектродвигун, винайдений Майклом Фарадеєм. Із розвитком електроніки в людських оселях з'явилися також комп'ютери.

Виробництво теж широко використовує потужні електродвигуни, але електричні явища застосовуються також для гальванопластики, виплавки металів, зварювання та багатьма іншими способами.