L'avantage central de courant alternatif est qu'il rend possible l'utilisation de l'induction magnétique, et donc la monter et descendre de la tension avec des transformateurs. Cela aide à cela, parce que la perte d'énergie (puissance) est parfois I-squared R. Donc l'augmentation de la tension pour réduire le courant réduira les pertes de chaleur pour la transmission électrique sur de longues distances. Un autre avantage est que l'AC est idéal pour les machines tournantes.
AC Source
La force électromagnétique alternatif (fem) dans un circuit est représenté par: E = E (max) --- sin t, où E (max) est l'amplitude de la tension. Pour un circuit à boucle unique, le courant peut être représenté sous la forme i = I --- sin (wt-φ) où φ est une différence de phase avec E provoquée par des condensateurs et des inductances.
A Circuit Resistive
Supposons que le fem alternatif est attaché à un seul circuit en boucle avec une résistance R et rien d'autre. La différence de potentiel à travers la résistance est v = V --- sin cot, en phase avec la fem alternatif.
A partir de la définition de la résistance, i = v / R. (Notez que ce n'est pas la loi d'Ohm, comme certains étudiants pensent.) Par conséquent, i = V / R --- sin wt. L'amplitude de i est donc V / R. Donc I = V / R. Par ailleurs, la comparaison avec l'équation antérieure montre que φ i est 0 °. Dans le cas purement résistif, le courant est en phase avec la force électromotrice alternative.
Un circuit capacitifs
Supposons que la résistance est remplacée par un condensateur. La capacité est chargé par différence de potentiel aux bornes du condensateur. Étant donné que la différence de potentiel est en phase avec la fem, la charge sur le condensateur sera en phase avec la fem. La charge variable sur le condensateur est q = Cv. Le remplacement de la différence de potentiel variable, q = CV sin wt, où V est l'amplitude de la différence de potentiel.
Différencier la charge variable donne le courant à travers les fils reliant les plaques de condensateur: i = dq / dt = ωCV cos wt = ωCV sin (cot + 90 °). Donc, la φ différence de phase est de -90 ° C, en raison du décalage construit par le condensateur. En d'autres termes, la variation de tension retard par rapport au changement de courant.
Cet effet retard est appelé «résistance capacitive» et est écrit X = 1 / (ωC). Depuis l'amplitude de i est I, nous avons I = ωCV. Donc, V = IX. X est écrit avec un indice "C" A noter que cette représentation simple, analogue à V = IR, est possible car la différence de phase non nulle ne figure pas dans l'amplitude I.
Un circuit inductifs
Supposons que le condensateur est remplacé par un inducteur. La chute de tension aux bornes d'une inductance L est v = --- di / dt. Comme v est aussi égal à V --- sin cot, nous pouvons éliminer la chute de tension variable, v, et former une équation différentielle en i et t: L --- di / dt = V --- sin wt. Pour obtenir i, nous intégrons de temps = 0 à t: i = - (V / ωL) cos wt = (V / ωL) sin (wt-90 °). Or, la différence de phase φ est compris entre + 90 °. Donc, le courant accuse la différence de potentiel. Cela est logique car la fcem de l'inducteur amortit le courant de construire.
Cet effet d'amortissement est appelé «réactance inductive» et est écrit X = ωL de telle sorte que V = IX. X est écrit avec un indice "L."
Le transformateur
L'inducteur peut être enroulé autour d'un noyau de fer pour induire une tension dans un circuit avec une bobine d'induction, également enroulé autour du noyau de fer. Ce transformateur peut changer la tension en une proportion en fonction de la différence de tours entre les deux bobines.
Pour une bobine (solénoïde / inducteur), le champ magnétique est B = mu --- i --- n, où mu ici est la constante de perméabilité magnétique et n est le nombre de tours autour du noyau de fer. Peu d'intensité de B est perdue d'une bobine à l'autre dans de tels noyaux de fer, de sorte que les équations B pour les deux bobines sont effectivement égales: I1 = I2 --- --- N1, N2.
Par conservation de l'énergie, la puissance (= i --- V) est le même pour les deux bobines. Donc, V / n est le même pour les deux: V1 / V2 = N1 / N2. Le côté de tension plus élevée est donc la bobine avec plusieurs tours.