I. Alapfogalmak, alapjelenségek

1. Váltakozó áram és feszültség

A váltakozó áram és a váltakozó feszültség az idő szinuszos függvényében adható meg. Váltakozó feszültséget mágneses indukcióval hozhatunk létre.

      1.1.      Váltakozó feszültség

A váltakozó feszültségről akkor beszélünk, ha a feszültségérték az idő sinusos függvényében változik.

      1.2.      Váltakozó áram

A váltakozó áram akkor jön létre, ha a feszültség az idő sinusos függvényében változik és az áramkör zárt. Értéke ohmos ellenállás esetén:

 

      1.3.      A váltakozó áram hatásai

A változó áramok hőtermelés szempontjából jellemezhetők egy olyan effektív értékkel, amekkora egyenáram hatására egységnyi idő alatt ugyanakkora Joule-hő keletkezik, mint amekkora a váltakozó áram hatására keletkezett. A termelt hő a teljesítmény-idő grafikon alatti területével egyezik meg. Ez az effektív érték váltakozó áram esetén a maximális áramerősség gyökketted része.  

    A termelt hő a teljesítmény-idő grafikon alatti területével egyezik meg

    A váltakozó áram mágneses hatása az időben periodikusan változik. A mágneses indukciovektor iránya felperiodusonként megváltozik.

A váltakozó áram az egyenáramhoz hasonlóan gyakorol élettani hatást, ám a váltakozó feszültség értéke RLC- körben a kapocsfeszültség sokszorosa is lehet rezonancia esetén, így elérheti az ember számára halálos értéket is.

Időátlagban a váltakozó áramnak nincs kémiai hatása, mert az egyik félperiódus alatt kiváló anyag a következő félperiódusban visszaalakul.

      1.4.      A váltakozó áram jellemzői

A váltakozó áram periódus ideje az a legrövidebb időtartam, amely elteltével az áramerősség ugyanazt az értéket veszi fel.

A váltakozó áram frekvenciája azt adja meg, hogy az áramerősség egységnyi idő alatt hányszor kerül a kezdőfázissal azonos fázisba. Értéke a periódusidő reciproka.

    Váltakozó áram körfrekvenciája a mágneses térben forgatott lapostekercs s szögsebességével azonos nagyságú, a váltakozó áramot jellemző mennyiség.

    II. Definíciók, összefüggések

1. A váltakozó feszültség és áram időfüggése.

      1.1.      A váltakozó feszültség és áram keltése forgó keret (tekercs) segítségével

Váltakozó feszültség előállítható homogén mágneses térben az indukcióvonalakra merőlegesen egyenletes, állandó szögsebességű körmozgást végző vezetőkerettel. Ez a szerkezet a generátor. A szemben lévő oldalpárok ellentétes polaritásúak, ezért az ezeken indukálódó feszültség összeadódik. a) Levezetés mozgási indukcióval

Egy vezetékdarabra:

 Egy vezetőkeretben:

 

b) Levezetés Maxwell II. törvénye, Faraday-féle indukciós tétel alapján

 

2. Egyen és váltakozó áram különböző áramköri elemeken, fázisviszonyok

      2.1.      Ohmos ellenállás

Ohmos ellenálláson egyen és váltakozó áram esetén is esik feszültség, az áramerősség és a feszültség fázisban vannak. =0

Az ellenállás megegyezik a maximális vagy az effektív vagy a pillanatnyi feszültség-áramerősség hányadossal.

 

2.2. Tekercs induktív ellenállása

Induktív ellenállás egyenáramnál csak a ki- és bekapcsolási jelenség esetén lép fel az önindukció során. Váltakozó áram eset az induktív ellenállás értéke a körfrekvencia és az L indukciós együttható

szorzatával egyezik még, az induktív ellenálláson eső feszültség 90°-os fázisban van az áramhoz képest. Az áramerősség -vel késik a feszültséghez képest Az áramerősség 2-vel késik a feszültséghez képest, =2.

Ideális tekercs ellenállása 0, =0. Ohm-törvénye:     Az ideális tekercsnek ellenállása van a váltakozó árammal szemben, ez az induktív ellenállás

  Az ideális tekercs időátlagban nem vesz fel teljesítményt az áramkörből, az egyik negyedperiódusban felvett energiát, amely a mágneses tér felépítésére szolgál, a következő negyedperiódusban visszatáplálja az áramforrásba.  

      2.3.      Kondenzátor kapacitív ellenállása

Kondenzátoron egyenáram esetén csak töltő és kisütő áram lép fel, egyébként nem folyik rajta áram. ”Váltakozó áram esetén a kondenzátor áramköre vezeti az áramot, kapacitív ellenállásán eső feszültség mindig 90°-os fáziskésésben van az áramhoz képest. Az áramerősség -vel  siet a feszültséghez  képest

      A kondenzátor a váltakozó árammal szemben ellenállással bír, ez a kapacitív ellenállás.