Ток, протекая через сопротивление (обычное, или активное), выделяет в нём тепловую энергию (эффект Джоуля). Возникает вопрос, каково должно быть соотношение между постоянным и переменным током, чтобы при протекании того и другого наблюдался одинаковый эффект. Решим эту задачу. Закон Джоуля гласит, что при фиксированном R выделяемое тепло Q пропорционально квадрату тока или напряжения:
В случае переменного тока
тепло, выделяемое за время, равное периоду колебаний
T выразится через интеграл:
Очевидно, что, если амплитуда переменного тока и величина постоянного тока будут соотноситься как
то выделяемое тепло в том и другом случае будет одинаково. Величину
называют
эффективным, или действующим значением переменного тока; это, фактически, величина постоянного тока, оказывающего такое же действие, как переменный ток с амплитудой
I0. Аналогично вводятся эффективные (или
действующие) значения напряжения и э.д.с.:
Вычислим мощность, выделяемую на нагрузке (активном сопротивлении) при протекании переменного тока:
Под U мы понимаем напряжение на клеммах генератора.
Мощность в цепи переменного тока, как видим, зависит от времени; величину N называют ещё мгновенной мощностью. Практически более важной величиной является среднее за период значение мгновенной мощности; её называют активной мощностью Р:
cosj называют коэффициентом мощности,
При резонансе реактивное сопротивление обращается в ноль; при этом Z = R, cosj = 1, то есть на активном сопротивлении (полезной нагрузке) выделяется максимальная мощность.
Любую реальную замкнутую цепь с переменным током можно рассматривать как колебательный контур; полезная нагрузка, включенная в цепь (любой бытовой прибор - стиральная машина, вентилятор, телевизор) может содержать и ёмкость, и индуктивность. Для того, чтобы энергия, запасенная в цепи переменного тока, потреблялась с максимальной эффективностью (а не гуляла бесполезно между ёмкостью и индуктивностью), необходимо, как говорят, согласовать цепь, то есть убрать реактивное сопротивление.
