Il principale vantaggio della corrente alternata è che rende possibile l'uso dell'induzione magnetica e quindi fare un passo su e giù della tensione con trasformatori. Questo aiuta in questo, perché la perdita di energia (potenza) è mi-squared volte R. Aumentando così la tensione per ridurre la corrente ridurrà la perdita di calore per trasmissione elettrica su lunghe distanze. Un altro vantaggio è che AC è ideale per macchine rotative.
Fonte di CA
La forza elettromagnetica alternata (emf) in un circuito è rappresentata da E = E (max)---sin t, dove E(max) è l'ampiezza della tensione. Per un singolo circuito, la corrente può essere rappresentata come io = io---sin(ωt-φ), dove φ è una certa differenza di fase con E causato da induttori e condensatori.
Un circuito resistivo
Si supponga che il emf alternata è collegato a un circuito single-loop con un resistore R e nient'altro. La differenza di potenziale attraverso il resistore è v = V---sin t, in sintonia con l'emf alternativo.
Dalla definizione di resistenza, i = v/R. (Nota che questo non è la legge di Ohm, come pensano alcuni studenti). Di conseguenza, i = V/R---sin t. L'ampiezza di i è pertanto V/R. Così ho = V/R. Inoltre, confronto con la precedente equazione di i dimostra che φ è 0°. Nel caso puramente resistivo, la corrente è in fase con l'emf alternativo.
Un circuito capacitivo
Si supponga che il resistore è sostituito con un condensatore. Capacitanza è costo per differenza di potenziale ai capi del condensatore. Poiché la differenza di potenziale è in sintonia con l'emf, la carica del condensatore sarà in sintonia con l'emf. La carica del condensatore variabile è q = CV. sostituzione la differenza di potenziale variabile, q = CV sin t, dove V è l'ampiezza della differenza di potenziale.
Differenziando la carica variabile dà la corrente attraverso i cavi di collegamento tra le piastre del condensatore: ho = dq/dt = ωCV cos t = ωCV sin(ωt+90°). Così il φ di differenza di fase è di-90 °, a causa del ritardo costruito dal condensatore. In altre parole, il cambiamento di tensione ritarda il cambio corrente.
Questo effetto in ritardo viene chiamato "resistenza capacitiva" ed è scritto X = 1/(ωC). Poiché l'ampiezza dell'io è io, abbiamo I = ωCV. Così V = IX. X è scritto con un pedice "c". Si noti che questa semplice rappresentazione, analoga alla V = IR, è possibile perché la differenza di fase diverso da zero non è contenuta nell'ampiezza io.
Un circuito induttivo
Si supponga che il condensatore viene sostituito con un induttore. La caduta di tensione attraverso un induttore è v = L---di/dt. Poiché v inoltre è uguale a V---sin t, possiamo eliminare la caduta di tensione, v e forma variabili un'equazione differenziale in i e t: L---di/dt = V---sin t. Per ottenere i, integriamo da tempo = 0 a t: io =-(V/ωL) cos t = (V/ωL) sin(ωt-90°). Ora il φ di differenza di fase è di + 90 °. Così la corrente è in ritardo la differenza di potenziale. Ciò ha senso perché il emf posteriore dell'induttore smorza la corrente da costruire.
Questo effetto di contenimento viene chiamato "reattanza induttiva" e viene scritto X = ωL così che V = IX. X è scritto con un pedice "l".
Il trasformatore
L'induttore può essere avvolto attorno a un nucleo di ferro di indurre una tensione in un altro circuito con un induttore, anche arrotolato intorno al nucleo di ferro. Questo trasformatore può cambiare la tensione di una percentuale a seconda della differenza di giri tra due bobine.
Per una bobina (solenoide/induttore), il campo magnetico è B = mu---i---n, dove mu qui è la costante di permeabilità magnetica e n è il numero di giri attorno al nucleo di ferro. Poca intensità di B è persa da una bobina a altra in tali nuclei di ferro, quindi le equazioni di B per le due bobine sono effettivamente uguali: i1---N1 = i2---N2.
Di conservazione dell'energia, potenza (=-V) è la stessa per entrambe le bobine. Quindi V/n è la stessa per entrambi: V1/N1 = V2/N2. Il lato di alto-tensione è pertanto la bobina con più giri.