Vahelduvvool kui laengukandjate sundvõnkumine

11. klass > Füüsika > 4. kursus: Energia

Nähtust kus perioodiliselt (või peaaegu perioodiliselt) muutuvad elektromagnetvälja iseloomustavad suurused (elektrilaeng, elektrivälja tugevus, pinge, voolutugevus, magnetinduktsioon, magnetvoog jne) elektromagnetvõnkumisteks.

Kui elektromagnetvõnkumised leiavad aset süsteemisiseste protsesside tagajärjel (näiteks võnkeringis toimuva kondensaatori tühjenemisvoolu ja induktiivpoolis tekkiva ekstravoolu koosmõjul), nime¬tatakse elektromagnetilisteks vabavõnkumisteks.

62

Elektromagnetvõnkumisi, mida põhjustab perioodiliselt muutuv väline elektromotoorjõud, nimetatakse elektromagnetilisteks sundvõnkumisteks.

Lihtsaim võimalus vahelduvvoolu saamiseks on panna juhtivast materjalist (traadist) raam magnetvälja pöörlema.

Magnetinduktsiooni ning raami pinnanormaali vahele jääv nurk α muutub seoses raami pöörlemisega:

63

kus ω – pöörlemise ringsagedus, t- ajahetk.

Järelikult muutub ka raami läbiv magnetvoog Φ seoses raami pöörlemisega magnetväljas perioodiliselt:

64

kus B – välja magnet-induktsioon, S – raami pindala, ω – pöörlemise ringsagedus, t- ajahetk.

Saab näidata, et kui raami läbiv magnetvoog muutub perioodiliselt, siis raamis indutseeritav elektromotoorjõud (pinge raami otstel) avaldub:

65

kus U – pinge hetkväärtus, Um=BSω – pinge maksimumväärtus (amplituudväärtus).

Kui ahela otstele rakendatakse perioodiliselt muutuv pinge, siis muutub perioodiliselt ka ahelas tekkiv elektrivoolu tugevus. Voolutugevuse muutused võivad toimuda pinge muutumisega samas faasis, kuid reeglina on nad pinge muutumisest ajaliselt siiski nihutatud:

66

kus I – voolutugevuse hetkväärtus, Im – voolutugevuse maksimumväärtus (amplituudväärtus), ω – pöörlemise ringsagedus, t- ajahetk ning φ – faasinihe pinge ja voolutugevuse muutumise vahel.