Постоянный и переменный ток в цепи

[ortidon]

Здравствуйте! Может ли по цепи протекать одновременно постоянный и переменный ток?

[arseniiv]

А что вы понимаете под переменным током? (Не знаю, есть ли одно стандартное определение, линейка уточняющихся или несколько не применимых одновременно.)

Если переменный ток — это ток, не обязательно постоянный во времени, то, т. к. постоянный ток тогда является и переменным, переменный и постоянный ток протекать одновременно могут. Если же это ток, обязательно неконстантный, то либо ток течёт переменный, либо постоянный на каждом рассматриваемом промежутке времени. Или у тока могут выделяться постоянное и переменое слагаемые так, чтобы интеграл от последнего теперь уже на каком-то важном и единственном промежутке времени был нулевой, а первое — константа. Я не знаю, какие определения в какой области полезны и в какой вредны.

Если у вас есть соответствующие определения — не будем ждать остальных участников, приводите их!

[ortidon]

Переме́нный ток (англ. alternating current) — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Постоя́нный ток, (англ. direct current) — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Вот схемка


Можете объяснить, что происходит в этот момент внутри проводника?

[Someone]

ortidon в сообщении #877123 писал(а):

Переме́нный ток (англ. alternating current) — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Постоя́нный ток, (англ. direct current) — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Вас интересует, может ли нечто одновременно изменяться и не изменяться? Нет, конечно.

А вообще, речь идёт просто о том, что ток в цепи представляют в виде двух слагаемых: $I_{\text{полн.}}=I_{\text{пост.}}+I_{\text{перем.}}$, где $I_{\text{пост.}}$ — постоянная величина, а $I_{\text{перем.}}$ — переменная. Обычно разбивают так, чтобы среднее значение $I_{\text{перем.}}$ было равно $0$. Тогда $I_{\text{пост.}}$ — это среднее значение полного тока $I_{\text{полн.}}$.

[Munin]

По цепи может протекать ток, который является суммой постоянного и переменного тока. Как сумма функций.

Более того, по цепи может протекать ток, который является суммой двух переменных токов, с разной частотой.

И вообще, можно напихать в цепь много токов с разными частотами (постоянный ток - это переменный ток с частотой 0 Гц). И наконец, можно взять бесконечно много частот. Тогда получится в сумме не синусоидальный переменный ток, а какой-то другой формы. Некоторые частные случаи довольно часто встречаются (например, переходные процессы, или сигналы с нелинейными искажениями).

[ortidon]

Munin в сообщении #877137 писал(а):

И вообще, можно напихать в цепь много токов с разными частотами

А как же тогда, что ток в любых частях цепи одна и та же? Получается один и тот же ток одновременно имеет разные частоты?

[ratay]

Вы просто сами себя запутываете. Так же останется колебательный процесс, частота не изменится. Насчет среднего значения Someone уже сказал, но для практики надо разбивать на постоянную и переменную части хотя бы потому, что через конденсатор постоянный ток не потечет.

[arseniiv]

ortidon в сообщении #877181 писал(а):

А как же тогда, что ток в любых частях цепи одна и та же? Получается один и тот же ток одновременно имеет разные частоты?

В общем случае одну физическую величину раскладывать в сумму нескольких нельзя, но иногда — когда интересующие нас другие величины зависят от неё линейно — можно. И есть несколько широкоприменимых разложений в бесконечные ряды — ряд Тейлора: величина раскладывается в сумму степеней $t$ с разными коэффициентами, ряд Фурье: она раскладывается в сумму синусоидальных гармоник с разными фазами и амплитудами (если величина не периодична по времени, ряда Фурье недостаточно и берутся синусоиды со всеми возможными частотами). И вот разложение на синусоиды как раз с ёмкостями-индуктивностями оказывается очень удобным, так как для каждой частоты им можно приписать «сопротивление», а потом сложить все эффекты назад. И если ток $i(t)$, как на рисунке, вида $I_\text{пост} + I_\text{перем}\sin(\omega t + \varphi)$, то он и раскладывается в ряд Фурье только с двумя ненулевыми слагаемыми — постоянным $I_\text{пост}$ и переменным $I_\text{перем}\sin(\omega t + \varphi)$, которые мы можем принять «независимо» текущими по цепи, хотя на самом деле сила тока там — их сумма, $i(t)$. Если в цепи есть какие-нибудь диоды али транзисторы, такое деление на два тока уже нельзя делать, если только мы не выходим за линейную часть вольт-амперной характеристики всех диодов, транзисторов и других «нехороших» элементов.

(Оффтоп)

ortidon в сообщении #877123 писал(а):

О, Рудольф Сворень! У меня эта книжка его есть. После неё я рисовал электрические вечные двигатели.

Имейте в виду, одной «Электроники шаг за шагом» для хорошего, полного понимания недостаточно. Увы.

-- Чт июн 19, 2014 18:54:02 --

Ах да, я про частоты ничего не сказал. Частоту можно определить только для синусоиды (и константы — ноль), для суммы разных синусоид частота уже не определена. Ток в общем случае не имеет частоты.

[Munin]

ortidon в сообщении #877181 писал(а):

А как же тогда, что ток в любых частях цепи одна и та же? Получается один и тот же ток одновременно имеет разные частоты?

Всё, что вам дают изучать в школе и в вузе, вам дают последовательно от простого к сложному. Например, вам сначала рассказывали про целые числа, а потом про дробные.

Так вот. Простейшими случаями являются:
- когда в цепи течёт постоянный ток;
- когда в цепи течёт переменный ток одной частоты.
Про них вам прежде всего и рассказывают. Для них да, в любых частях цепи частота одна и та же, и отличается иногда только фаза.

Потом вы сможете познакомиться с более сложным случаем, когда в цепи течёт ток, который образуется суммой постоянного и разных переменных. И вообще с переменным током произвольной формы. Этот случай рассматривается на основе более простых случаев.

Кстати, когда в цепи течёт постоянный ток, или переменный одной частоты, это, кажется, называется электротехникой. А когда ситуация сложнее - электроникой. Если не путаю.