AC波形
オルタネーターがAC電圧を生成すると、電圧は時間の経過とともに極性を切り替えますが、非常に特殊な方法で切り替えます。時間の経過とともにグラフ化すると、オルタネーターから極性が交互に変わるこの電圧によってトレースされる「波」は、正弦波として知られる明確な形状を取ります。 ：下の図
時間の経過に伴うAC電圧のグラフ（正弦波）。
電気機械式オルタネーターからの電圧プロットでは、一方の極性からもう一方の極性への変化は滑らかで、電圧レベルはゼロ（「クロスオーバー」）ポイントで最も急速に変化し、ピークで最もゆっくりと変化します。 0〜360度の水平範囲で「正弦」の三角関数をグラフ化すると、次の表とまったく同じパターンが見つかります。
三角関数の「正弦」関数。
電気機械式オルタネーターが正弦波ACを出力する理由は、その動作の物理的特性によるものです。回転する磁石の動きによって静止コイルによって生成される電圧は、磁束がコイルに垂直に変化する速度に比例します（ファラデーの電磁誘導の法則）。その速度は、磁極がコイルに最も近いときに最大になり、磁極がコイルから最も遠いときに最小になります。数学的には、回転する磁石による磁束の変化率は正弦関数の速度に従うため、コイルによって生成される電圧は同じ関数に従います。
期間と頻度
正弦波グラフの任意のポイントから波形が繰り返され始めるポイントまで、オルタネーターのコイルによって生成される電圧の変化を追跡すると、正確に1サイクルをマークすることになります。 その波の。これは、同一のピーク間の距離にまたがることで最も簡単に示されますが、グラフ上の対応するポイント間で測定できます。グラフの横軸の度マークは、三角関数の正弦関数の領域と、回転するときの単純な2極オルタネーターシャフトの角度位置を表しています。下の図
シャフト位置（時間）の関数としてのオルタネーター電圧。
このグラフの横軸は、時間の経過とシャフトの位置を度単位で示すことができるため、1サイクルでマークされる寸法は、多くの場合、時間の単位、ほとんどの場合、秒または秒の何分の1かで測定されます。測定値として表現される場合、これはしばしば期間と呼ばれます。 波の。
度単位の波の周期は常に 360ですが、1周期が占める時間は、電圧が前後に振動する速度によって異なります。
周期よりもAC電圧または電流波の交流速度を説明するためのより一般的な尺度 前後の振動の速度です。これは頻度と呼ばれます 。最新の周波数の単位はヘルツ（略してHz）で、これは1秒間に完了した波のサイクル数を表します。
アメリカ合衆国では、標準の電力線周波数は60 Hzです。これは、AC電圧が毎秒60回の完全な往復サイクルの速度で振動することを意味します。電力システムの周波数が50Hzであるヨーロッパでは、AC電圧は毎秒50サイクルしか完了しません。
100 MHzの周波数で放送するラジオ局の送信機は、1億百万の速度で発振するAC電圧を生成します。 毎秒循環します。
ヘルツ単位が正規化される前は、周波数は単に「1秒あたりのサイクル数」として表されていました。古いメーターや電子機器は、Hzではなく「CPS」（サイクル/秒）の周波数単位を使用することがよくあります。多くの人々は、CPSのような自明の単位からヘルツへの変更が明確さの一歩後退を構成すると信じています。
メートル法の温度測定では、「摂氏」の単位が「摂氏」の単位に置き換えられたときにも、同様の変化が発生しました。摂氏という名前は、H 2 の融点と沸点を表す100カウント（「Centi-」）スケール（「-grade」）に基づいています。 それぞれO。
一方、摂氏という名前は、ユニットの起源や意味についてのヒントを与えるものではありません。
周期と周波数は、互いに数学的な逆数です。つまり、波の周期が10秒の場合、その周波数は0.1 Hz、つまり1秒あたりのサイクルの1/10になります。
オシロスコープの使用法
オシロスコープと呼ばれる機器 、下の図は、時間の経過とともに変化する電圧をグラフィカル画面に表示するために使用されます。 ECG の外観に精通しているかもしれません または EKG （心電計）機械。医師が患者の心臓の振動を経時的にグラフ化するために使用します。
ECGは、医療用に特別に設計された専用オシロスコープです。汎用オシロスコープには、実質的にすべての電圧源からの電圧を表示する機能があり、時間を独立変数としてグラフとしてプロットされます。
周期と周波数の関係は、オシロスコープの画面にAC電圧または電流波形を表示するときに非常に役立ちます。オシロスコープの画面の水平軸で波の周期を測定し、その時間値（秒単位）を往復させることで、周波数をヘルツで決定できます。
正弦波の期間がオシロスコープに表示されます。
ACの概念は音とどのように関連していますか？
電圧と電流だけが、時間の経過とともに変化する物理的変数というわけではありません。私たちの日常の経験にはるかに一般的なのは音です 、これは空気分子の交互の圧縮と減圧（圧力波）にすぎず、私たちの耳では物理的な感覚として解釈されます。交流は波動現象であるため、音のような他の波動現象の多くの特性を共有しています。このため、音（特に構造化された音楽）は、ACの概念を関連付けるための優れたアナロジーを提供します。
音楽的には、周波数はピッチに相当します 。チューバやファゴットによって生成されるような低音の音は、比較的遅い（低周波数）空気分子の振動で構成されます。フルートやホイッスルによって生成されるような高音は、空気中の同じタイプの振動で構成され、はるかに速い速度（より高い周波数）でのみ振動します。次の図は、さまざまな一般的な音符の実際の周波数を示す表です。
523.25
鋭敏な観察者は、同じ文字の指定が付いているテーブル上のすべての音符が2：1の周波数比で関連付けられていることに気付くでしょう。たとえば、最初に表示される周波数（文字「A」で指定）は220Hzです。次に高い「A」音の周波数は440Hzで、1秒あたりの音波サイクルのちょうど2倍です。
同じ2：1の比率が、最初のAシャープ（233.08 Hz）と次のAシャープ（466.16 Hz）、および表にあるすべての音符ペアに当てはまります。
聞こえるのは、周波数が正確に2倍になっている2つの音が非常に似ていることです。この音の類似性は音楽的に認識されており、このような音符のペアを分離する音階の最短スパンはオクターブと呼ばれます。 。このルールに従うと、次に高い「A」ノート（440 Hzより1オクターブ上）は880 Hzになり、次に低い「A」（220 Hzより1オクターブ下）は110Hzになります。
ピアノの鍵盤を見ると、この音階を遠近法で表現するのに役立ちます。下の図
音楽キーボードにオクターブが表示されます。
ご覧のとおり、1オクターブは 7 に相当します。 ピアノ鍵盤の白い鍵盤の距離。おなじみの音楽ニーモニック（doe-ray-mee-fah-so-lah-tee）—はい、サウンドオブミュージックで歌われる気まぐれなロジャース＆ハマースタインの歌で不滅の同じパターン—はCからCまで1オクターブをカバーしています。
他の形式の交流波
電気機械式オルタネーターや他の多くの物理現象は自然に正弦波を生成しますが、これが存在する唯一の種類の交流波ではありません。 ACの他の「波形」は、通常、電子回路内で生成されます。以下の図では、いくつかのサンプル波形とそれらの一般的な指定を示しています。
いくつかの一般的な波形（波形）。
これらの波形は、存在する唯一の種類の波形ではありません。それらは、明確な名前が付けられているほど一般的なものにすぎません。 「純粋な」正弦波、方形波、三角関数、または鋸歯状の電圧/電流波形を示すはずの回路でも、実際の結果は、意図した波形の歪んだバージョンになることがよくあります。
一部の波形は非常に複雑であるため、特定の「タイプ」としての分類に反します（多くの種類の楽器に関連する波形を含む）。一般的に、完全な正弦波に非常によく似た波形は、正弦波と呼ばれます。 、非正弦波としてラベル付けされている異なるもの 。
AC電圧または電流の波形は、回路への影響にとって非常に重要であるため、AC波にはさまざまな形があることに注意する必要があります。
レビュー：
- 電気機械式オルタネーターによって生成されたACは、正弦波のグラフィック形状に従います。
- 1つのサイクル 波は、それ自体を繰り返す準備ができるまで、その形状を完全に進化させたものです。
- 期間 波のは、1サイクルを完了するのにかかる時間です。
- 頻度 は、特定の時間内にウェーブが完了する完全なサイクルの数です。通常、ヘルツ（Hz）で測定され、1Hzは1秒あたり1つの完全な波サイクルに相当します。
- 頻度=1 /（秒単位の期間）
関連するワークシート：
- AC波形ワークシート
- 基本的なオシロスコープ操作ワークシート
産業技術