Κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος

Το εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει την κατεύθυνση του. Έτσι, διαφέρει από το συνεχές ρεύμα, το οποίο ρέει προς μία μόνο κατεύθυνση. Όταν η παραλλαγή του Εναλλασσόμενου Ρεύματος αναπαρίσταται σε σχέση με το χρόνο, ονομάζεται Κυματομορφή Εναλλασσόμενου Ρεύματος. Αυτή η κυματομορφή μας βοηθά να κατανοήσουμε τις ιδιότητες του Εναλλασσόμενου Ρεύματος. Μας βοηθά επίσης να προσδιορίσουμε τις τιμές μέσης και μέσης τετραγώνου ρίζας, καθώς ο υπολογισμός μιας σταθερής τιμής για το Εναλλασσόμενο Ρεύμα είναι αδύνατος.

Έννοια εναλλασσόμενης κυματομορφής

Λόγω της αλλαγής κατεύθυνσης της ροής ηλεκτρονίων, η κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος υπάρχει τόσο στη θετική όσο και στην αρνητική πλευρά του άξονα y στο γράφημα XY, εάν το ρεύμα συμβολίζεται στον άξονα y και στον χρόνο στον άξονα x. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το συνεχές ρεύμα. Η γραφική αναπαράσταση του συνεχούς ρεύματος υπάρχει μόνο στη μία πλευρά του άξονα y, είτε θετική είτε αρνητική.

Παραδείγματα κυματομορφής εναλλασσόμενου ρεύματος

Ημιτονοειδής κυματομορφή

Η τυπική κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος έχει ημιτονοειδές σχήμα. Στην ημιτονοειδή κυματομορφή, το ρεύμα αυξάνεται σε μέγεθος από μηδενική τιμή μέχρι να φτάσει σε μια τιμή κορυφής και στη συνέχεια μειώνεται σε μέγεθος μέχρι να φτάσει σε μηδενική τιμή. Στη συνέχεια, το ρεύμα αλλάζει την κατεύθυνση του και επαναλαμβάνει τη διαδικασία όπως αναφέρθηκε προηγουμένως.

Αυτή η έννοια της κυματομορφής εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να γίνει κατανοητή μέσω της διαδικασίας δημιουργίας Εναλλασσόμενου Ρεύματος από μια γεννήτρια AC. Στη γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, η τάση παράγεται μέσω της αλλαγής μαγνητικής ροής ενός πηνίου, με βάση το νόμο του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής ακολουθεί την ημιτονοειδή συνάρτηση. Έτσι, η προκύπτουσα τάση και το ρεύμα ακολουθούν επίσης το ημιτονοειδές σχέδιο.

Όροι που σχετίζονται με κυματομορφές ημιτονοειδούς εναλλασσόμενου ρεύματος

• ΚΥΚΛΟΣ – αναφέρεται σε ένα πλήρες σύνολο θετικών και αρνητικών τιμών μιας κυματομορφής. Ένας κύκλος μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής περιλαμβάνει έναν θετικό μισό κύκλο και έναν αρνητικό μισό κύκλο.

• ΠΕΡΙΟΔΟΣ (T) – αναφέρεται στο χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωση ενός κύκλου. Η περίοδος ενός ημιτονοειδούς κύματος μπορεί να μετρηθεί μεταξύ οποιωνδήποτε δύο αντίστοιχων σημείων στην κυματομορφή. Γενικά μετριέται σε δευτερόλεπτα (s).

• ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (f) – αναφέρεται στον αριθμό των κύκλων που ολοκληρώθηκαν σε ένα δευτερόλεπτο. Η συχνότητα σχετίζεται αντιστρόφως με την περίοδο. Μετριέται σε Hertz (Hz).

• ΓΩΝΙΑΚΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (ω) – αναφέρεται στη συχνότητα που εκφράζεται σε ηλεκτρικά ακτίνια/δευτερόλεπτο. Καθώς ένας κύκλος μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής εκτείνεται σε 2π ακτίνια, η γωνιακή συχνότητα συμβολίζεται με ω =2πf, όπου f είναι η συχνότητα του ημιτονοειδούς κύματος.

• ΕΝΤΑΣΗ – αναφέρεται στο ύψος κορυφής μιας κυματομορφής.

Άλλες κυματομορφές εναλλασσόμενου ρεύματος

Άλλα παραδείγματα κυματομορφών εναλλασσόμενου ρεύματος είναι τετράγωνη κυματομορφή, τριγωνική κυματομορφή και κυματομορφή πριονιού. Τα χαρακτηριστικά τους σχήματα βασίζονται στις ιδιαίτερες μεθόδους παραγωγής τους.

1. Η τετραγωνική κυματομορφή χρησιμοποιείται κυρίως για την αναπαράσταση εξόδων κυκλώματος και σημάτων ρολογιού. Αυτή η κυματομορφή είναι συμμετρική, παρόμοια με μια ημιτονοειδή κυματομορφή. Οι συμμετρικές κυματομορφές έχουν ίση διάρκεια στη θετική και την αρνητική πλευρά του άξονα y. Αυτή η κυματομορφή έχει μια επίπεδη κορυφή στο μέγιστο επίπεδο ρεύματος. Λόγω της συμμετρικής φύσης του, ο χρόνος που απαιτείται για την ολοκλήρωση του θετικού μισού κύκλου είναι ίσος με τον χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωση του αρνητικού μισού κύκλου. Ένα απλό κύκλωμα μπορεί να δημιουργήσει αυτήν την κυματομορφή.

2. Η τριγωνική κυματομορφή έχει πιο έντονη άκρη κορυφής σε σύγκριση με την ημιτονοειδή κυματομορφή. Αλλά έχει πιο αργή άνοδο και πτώση από ένα ημιτονοειδές κύμα. Είναι επίσης συμμετρικό, με ίση χρονική διάρκεια για τον θετικό και τον αρνητικό μισό κύκλο.

3. Στην κυματομορφή του δοντιού πριονιού, οι κορυφές της κυματομορφής μοιάζουν με τα δόντια μιας λεπίδας πριονιού. Αυτή η κυματομορφή μπορεί να είναι δύο τύπων — κυματομορφή οδοντωτών πριονιού θετικής ράμπας και κυματομορφή κυματοειδούς πριονιού αρνητικής ράμπας. Η κυματομορφή της θετικής ράμπας έχει αργή άνοδο και απότομη αποσύνθεση. Από την άλλη πλευρά, η κυματομορφή του αρνητικού κεκλιμένου δοντιού έχει απότομη κλίση και αργή πτώση. Η κυματομορφή του θετικού πριονιού ράμπας χρησιμοποιείται συχνότερα. Οι μουσικοί για την αναπαράσταση του ήχου υψηλής ευκρίνειας χρησιμοποιούν επίσης αυτή την κυματομορφή.

Σε σπάνιες περιπτώσεις, η κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να έχει πολύπλοκο μοτίβο. Σε αυτήν την περίπτωση, ο υπολογισμός της μέσης τιμής ή του μέσου τετραγώνου της ρίζας είναι περίπλοκος.

Συμπέρασμα

Η κατανόηση της σημασίας και των παραδειγμάτων της κυματομορφής εναλλασσόμενου ρεύματος απαιτείται για να προχωρήσετε περαιτέρω στην εκμάθηση του Εναλλασσόμενου Ρεύματος. Είναι επίσης χρήσιμο για την απόδειξη θεωρημάτων και την επίλυση αριθμητικών προβλημάτων που σχετίζονται με το Εναλλασσόμενο Ρεύμα. Επιπλέον, διευρύνει επίσης την κατανόησή μας για καθημερινά φαινόμενα όπως το τρεμόπαιγμα των φώτων του σωλήνα. Μας βοηθά επίσης να διακρίνουμε πιο καθαρά το Εναλλακτικό από το Συνεχές Ρεύμα.