Czy to nie ciekawe ?

Czy wiesz, że napięcie okresowo zmienne nie musi być napięciem zmiennym sinusoidalnie (tzw. napięciem przemiennym)? Napięcie może mieć różne „kształty” – tak zwane przebiegi czasowe. Poniżej, na rysunkach a – g, pokazane są różne, okresowo zmienne sygnały napięciowe w postaci fotografii ekranów oscyloskopów, z rzeczywistymi wykresami napięć w funkcji czasu.

R3tdhDVA03467

Rys. a. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego czarnym tle widać żółtą funkcję sinus, której wszystkie grzbiety o ujemnej wartości zostały wyzerowane a dodatnie pozostawione bez zmian.

R15fmTcxWj3uA

Rys. b. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego czarnym tle widać znajdujące się pod sobą trzy funkcje o tym samym okresie. Najwyżej znajduje się żółty wykres prostokątny napięcia wejściowego. Pod nim znajduje się zielony wykres napięcia na kondensatorze. Wykres ten pokazuje że kondensator najpierw ładuje się szybko a potem coraz wolniej a potem na początku szybko się rozładowuje a pod koniec rozładowanie następuje wolniej. Cykle ładowania i rozładowania następują na zmianę. Trzeci znajdujący się najniżej wykres namalowany kolorem fioletowym przedstawia napięcie mierzone na oporniku. Gdy kondensator się ładuje napięcie na oporniku spada od napięcia maksymalnego do zera w tempie proporcjonalnym do szybkości ładowania kondensatora. Gdy kondensator się rozładowuje napięcie na oporniku rośnie od ujemnego napięcia minimalnego do zera w tempie proporcjonalnym do szybkości rozładowywania kondensatora.

Rx2hkjOEXTQGR

Rys. c. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego czarnym tle widać żółty okresowy wykres piłokształtny. Przypomina on kształtem zęby piły, przy czym każdy ząb ma kształt trójkąta prostokątnego.

R1I8XISWjqYsV

Rys. d. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego czarnym tle widać żółty okresowy wykres trójkątny. Przypomina on kształtem zęby piły, przy czym każdy ząb ma kształt trójkąta równoramiennego.

RaOWlaD9ubfyr

Rys. e. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego białym tle widać niebieski okresowy wykres prostokątny. Każdy okres tego wykresu składa się z prostokąta o wysokości dwa kropka cztery wolta o szerokości sześciu milisekund oraz przerwy, dla której wartość napięcia wynosi zero o szerokości pięciu milisekund.

R15xj4meEKAlB

Rys. f. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego białym tle widać niebieski wykres okresowy. Każdy okres tej funkcji składa się z części rosnącej od minus dwunastu do piętnastu woltów funkcji przypominającej kształtem tangens oraz liniowej części malejącej. Okres tej funkcji wynosi 27 milisekund.

RvCMlctyeckqK

Rys. g. Rysunek przedstawia ekran oscyloskopu, na którego czarnym tle widać czerwony wykres okresowy. Każdy okres tego wykresu składa się z następujących po sobie: ostrego wysokiego fragmentu przypominającego szpilkę części lekko narastającej od zera i przerwy, dla której wartość wynosi zero.

A teraz pytanie: czy na oporniku zasilanym napięciem o różnych przebiegach czasowych będzie wydzielało się tyle samo energii w tym samym czasie?

Intuicja pewnie słusznie Ci podpowiada, że nawet jeśli przebiegi napięć o różnych kształtach charakteryzują się tym samym napięciem maksymalnym, to różnią się pod względem energetycznym. Ich moce średnie (zwane skutecznymi) będą inne.

Jak wobec tego można porównywać różne przebiegi napięciowe pod względem energetycznym? Jakiej wielkości fizycznej trzeba użyć? W następnej części e‑materiału odpowiemy na te frapujące pytania.