Кроме токов, текущих всё время в одном направлении, в технике широко применяются также так называемые переменные токи. Направление переменного тока в цепи изменяется обычно много раз за секунду.

Рассмотрим здесь в общих чертах вопрос о том, что такое переменный ток, чем он отличается от постоянного.

Генератор постоянного тока создаёт в окружающем пространстве постоянное электрическое поле. В цепи, присоединённой к его электродам, это поле гонит электроны в одном направлении — от отрицательного электрода к положительному. У генераторов переменного тока заряды на электродах не остаются постоянными. Положительный электрод через малую долю секунды становится отрицательным, затем снова положительным, опять отрицательным и так далее. Одновременно перезаряжается и другой электрод.

При этом заряды на обоих электродах всё время противоположны.

У генераторов переменного тока, питающих осветительную сеть и электродвигатели, электроды перезаряжаются сто раз в секунду. Столько же раз в секунду изменяется направление создаваемого ими в сети электрического поля. Вслед за полем изменяется и направление электрического тока. В течение одной секунды через нить лампы, горящей на вашем столе, ток пятьдесят раз проходит в одном и пятьдесят раз в противоположном направлении.

В остальном переменный ток не отличается от постоянного. Это также упорядоченный поток электронов, но только направление этого потока много раз за секунду изменяется.

Широкое применение переменного тока в технике связано с тем, что его можно трансформировать. С помощью специальных устройств — трансформаторов напряжение в цепи переменного тока можно повышать и понижать.

Устройство трансформатора

Рис. 27. Простейший трансформатор

На рисунке 27 мы видим железный сердечник, на который надеты две катушки. Создадим в одной из катушек электрический ток, присоединив её к генератору. Вторую катушку замкнём на электрическую лампочку. Когда в первой катушке идёт постоянный ток, лампа не горит. Если же ток в первой катушке переменный, то лампа, присоединённая ко второй катушке, где нет никакого генератора, загорается.

Здесь мы имеем дело с тем же явлением электромагнитной индукции, с которым познакомились, когда речь шла о генераторах. Когда в первой катушке идёт переменный ток, то создаваемое им магнитное поле также будет переменным. Таким образом, в этом случае вторая катушка, подобно якорю генератора, находится в переменном магнитном поле. Благодаря этому в нём создаётся электрическое поле и возникает электрический ток.

Две катушки, надетые на общий сердечник, — это простейший трансформатор. Переменный ток в первой катушке (она называется первичной обмоткой трансформатора) создаёт переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле вызывает ток во второй катушке (во вторичной обмотке).

Если увеличивать число витков вторичной обмотки, то лампочка в нашем опыте с переменным током будет гореть всё ярче. Если уменьшать число витков,- лампа будет гореть более тускло. Когда число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, напряжение на её концах больше, чем напряжение, созданное генератором на концах первичной катушки.

Трансформаторы, у которых во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной, называются повышающими. Они позволяют получать более высокие напряжения, чем напряжение, которое создаёт генератор. При этом сила тока во вторичной обмотке оказывается во столько же раз меньше, во сколько напряжение на её концах больше.

Трансформаторы, у которых во вторичной обмотке меньше витков, чем в первичной, называются понижающими. С помощью понижающих трансформаторов можно получать токи большой силы при низком напряжении.

Передача электротока на расстояния

Рис. 28. Схема передачи электрической энергии переменного тока

Между электростанцией и потребителем электрической энергии — заводом, трамваем или квартирой — протянуты провода. Они обладают значительным сопротивлением. Ведь сопротивление тем больше, чем провод длиннее, а здесь длина проводов измеряется обычно километрами, а то и сотнями километров. Если соединить этими проводами генератор и, скажем, электродвигатель, то лишь незначительная часть энергии, вырабатываемой генератором, дойдёт до электродвигателя. Почти вся она бесполезно растратится на нагревание проводов или, как говорят, будет «потеряна на линии». Чтобы избежать этого, генератор соединяют с первичной обмоткой повышающего трансформатора, а провода, идущие к потребителю, присоединяют к концам вторичной обмотки (рис. 28). В таком случае сила тока в цепи очень мала, а значит, малы и потери энергии даже на длинных проводах. Но в сети создаётся высокое напряжение, опасное для жизни. Стоящий в месте потребления электроэнергии понижающий трансформатор снижает напряжение.

Таким образом, благодаря трансформаторам можно передавать электрическую энергию с малыми потерями слабым током высокого напряжения, а потреблять её при обычных напряжениях, не требующих особых условий изоляции и не опасных для жизни. Это — одна из основных причин широкого развития электротехники переменных токов.