Вкратце и поумнее: переменный ток - это электрический ток, сила которого изменяется во времени. Наиболее часто используется ток, меняющийся по гармоническому закону: I = I0*sin(wt), U = U0*sin(wt+ф). Действующее значение силы тока и напряжения - это такое значение силы тока (напряжения) постоянного тока, при котором он совершает такую же работу, как и переменный ток за один полный период. При гармонических колебаниях Iд = I0/корень квадратный из 2, Uд = U0/корень квадратный из 2. Мощность, даваемая переменным током, при гармонических колебаниях описывается формулой: P = (I0*U0*cosф)/2 = Iд*Uд*cosф, где ф - сдвиг по фазе между током и напряжением; на практике стремятся повысить косинус фи максимально близко к единице. Трансформатор - устройство, состоящее из двух катушек индуктивности, соединённых магнитопроводом. Трансформатор позволяет существенно увеличить или снизить напряжение, сохранив при этом мощность и частоту переменного тока. Коэффициент трансформации (k) - отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. При k > 1 трансформатор называется повышающим, при k < 1 - понижающим.
Это всё хорошо, но зачем говорить о переменном токе, когда его получают только на электростанциях? Сидели бы себе там тихонько да передавали б нам, а нас и постоянным неплохо "кормят". Не всё так просто! На переменном токе построено очень много устройств радиотехники - начиная от обычного бытового радиоприёмника, продолжая радаром, заканчивая спутниковым телевидением (впрочем, и обычным телевидением тоже) и беспроводным интернетом.
Самый простой способ, при котором "искусственно" можно получить переменный ток (я специально беру это в кавычки, потому что переменный ток в естественных условиях я до сих пор не могу представить - если только это не удар током от электрического угря или ската), называется колебательным контуром, но выглядит просто: это катушка и конденсатор, соединённые последовательно. Если на конденсатор подать заряд, то он начнёт разряжаться на катушку, через ту потечёт ток, в конце концов конденсатор разрядится окончательно и заглохнет, но ток в катушке от этого не прекратится! В результате он начнёт перезаряжать конденсатор "с другой стороны", зарядом другого знака, катушка постепенно станет размагничиваться, а конденсатор - снова заряжаться. Это и будет одно полное колебание, дальше всё повторяется. Период этих колебаний можно посчитать, зная всего лишь две величины: индуктивность катушки и ёмкость конденсатора. Как именно он считается, вывел товарищ по фамилии Томсон (не тот, который автомат придумал - тот Томпсон, а этот без "п"), и период считается так: T = 2пи*корень квадратный из (L*c). Я не знаю, почему 2пи, но связь между радианами (якобы "углами") и числами, которая заставляет использовать число пи снова и снова, преследует повсюду! Тут более важно другое: можно подобрать сколько угодно разных емкостей и индуктивностей, но если их произведение будет одно и то же - такой колебательный контур будет иметь один и тот же период, или одну и ту же частоту. Кстати, раз речь зашла о частоте - удобнее выкинуть эти 2пи, тогда придётся воспользоваться циклической частотой: w = 1/корень квадратный из (L*c).
Если поставить три основных используемых элемента в цепь - проводник с сопротивлением, конденсатор, катушку - то можно увидеть следующую их реакцию на переменный ток. Обычное сопротивление как выделяло тепло, так и выделяет, ничего полезного от него по-прежнему не добьёшься, разве что в терминах переменного тока оно теперь обзывается активным сопротивлением, считается оно точно так же. Конденсатор и катушка же обладают "реактивным" сопротивлением, которое вроде как тоже току сопротивляется, но тепло при этом выделяет не так живо, плюс они запасают энергию. Посчитать их можно так: Xc = 1/(w*c), XL = w*L. Xс - реактивное сопротивление конденсатора, w - циклическая частота, c - ёмкость конденсатора. XL – здесь это вовсе не размер одежды, а реактивное сопротивление катушки. L - её индуктивность, w - по-прежнему циклическая частота. Как видно, с изменением частоты это сопротивление тоже меняется. И снова кивок в сторону постоянного тока, когда w = 0: в этом случае Xc будет близко к бесконечности (да-да, делить на ноль нельзя, но мы прямо на ноль не делим, а смотрим, куда значение будет стремиться, если знаменатель постепенно приближать к нулю) - то есть конденсатор постоянный ток не пропускает. А у катушки XL будет стремиться к нулю - то есть она будет вести себя как обычный металлический провод с маленьким сопротивлением.
Если проводить дальнейшую аналогию с механикой, то в идеале электрические колебания - свободные. Но мир неидеален, и часть энергии катушки или конденсатора уходит всё в то же вездесущее тепло - то есть колебания со временем затухают. Соответственно, в идеале их придётся время от времени поддерживать - это будут вынужденные колебания. Дак вот, и у таких вынужденных колебаний тоже есть резонанс. Определяется он так же, как и в механике - увеличение амплитуды вынужденных колебаний в контуре при совпадении собственной частоты этих колебаний с частотой колебаний внешних, которые воздействуют. А теперь всё это же переведу на русский язык: есть радиоприёмник. У него внутри запрятан колебательный контур; двигая подстраивающий ползунок на радиоприёмнике, мы как бы сдвигаем или раздвигаем обкладки конденсатора, меняя его ёмкость (и тем самым меняем частоту колебательного контура, "подстраивая" её). Когда частота принимаемых радиосигналов (не видимых нам) становится близка к частоте подстраиваемого нами контура, мы начинаем слышать тихие звуки с помехами. Если покрутить ручку ещё, то звук станет очень чётким и будет гораздо громче. Это и будет означать, что мы вошли в резонанс - частота контура стала равна частоте радиосигнала, и итоговые колебания, в конце концов превращающиеся в звук, стали гораздо больше по амплитуде (звук стал громче). Именно на принципе резонанса построены приёмники радиосвязи. Частота, при которой такое происходит, называется резонансной, она равна 1/корень квадратный из (L*c), и что любопытно - оба реактивных сопротивления при резонансе оказываются равны! То есть Xc становится равно XL - собственно, из этого и получается, что резонансную частоту можно посчитать при помощи корня.
Ну хорошо, мы все такие радостные, приняли сигнал - а сам сигнал-то откуда взялся, явно не из космоса прилетел? (Хотя бывает, что именно радиоприёмником удаётся поймать какой-нибудь сигнал странного происхождения, о чём потом пишут в газетах.) А это скажем спасибо электромагнитным волнам, собственно, благодаря которым и получается передавать сигналы по воздуху без проводов. Потому что, в отличие от волн звуковых, они в воздухе почти не затухают и могут лететь долго-долго. Вот волны уже как колебания тока и напряжения не представишь, тут обычно рисуют умную картинку с изменяющимися по синусу векторами E и B, причём B колбасит "по полу" (горизонтально), а E - "по стене" (вертикально), то бишь они обе колеблются перпендикулярно друг другу. Расстояние между максимумами любой из этих синусоид (они и так обе одинаковые) будет длиной волны (лямбда). Как возникает волна, сообразить просто: нужно заставить или одно, или другое поле меняться по синусу. В итоге изменяющееся одно поле потащит за собой другое, другое схватит за руку первое, и так они и будут идти рука об руку до бесконечности. (Нет, электромагнитная волна тоже умеет затухать и ослабевать, но местами делает это гораздо слабее, чем волна механическая.) Скорость распространения этой волны в воздухе примерно равна скорости света - 300 тысяч километров в секунду, или 3*10^8 м/с. Эта скорость даже обозначается своей буквой - c. Да, опять с маленькая, не перепутать бы её с ёмкостью или теплоёмкостью. (Но редко бывает так, чтобы в одной задаче фигурировали хотя бы две из таких "c", а чтоб все три сразу - такого, наверное, вообще нет.)
