Sinusmodell for elektrisk spenning
Tabellen nedenfor viser elektrisk spenning målt i en stikkontakt i Norge.
| Sekunder (\(t\)) | 0,0020 | 0,0050 | 0,0070 | 0,0100 | 0,0130 | 0,0150 | 0,0180 | 0,0200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Målt spenning (\(U\)) | 189 | 323 | 259 | \(-2{,}12\) | \(-261\) | \(-327\) | \(-189\) | \(3{,}52\) |
- Bestem en modell \(U\) for spenningen \(U(t)\) volt (V) i stikkontakten \(t\) sekunder etter at målingene startet.
- På hvilke tidspunkter i løpet av de første \(0{,}0200\) sekundene er spenningen 230 V ifølge modellen?
Nettspenningen i Norge (den elektriske spenningen i vanlige stikkontakter) er 230 V.
Truls lurer på om målingene som er gjort, kan være riktige. Han finner ut at spenningen i kontakten er en vekselspenning. Det betyr at spenningen varierer periodisk med tiden. Når spenningen oppgis å være 230 V, er dette noe som kalles effektivverdien til spenningen og er gitt ved
der \(T\) er perioden til funksjonen \(U\).
- Bruk modellen fra oppgave a og formelen ovenfor til å hjelpe Truls med å avgjøre om målingene kan være riktige.
a) \(U(t) \approx 323\sin(100\pi t)\)
b) \(t \approx 0{,}0025 \, \mathrm{s}\) og \(t \approx 0{,}0075 \, \mathrm{s}\)
c) \(U_{\text{effektiv}} = \dfrac{323}{\sqrt{2}} \approx 229 \, \mathrm{V} \approx 230 \, \mathrm{V}\) — målingene er riktige
a
Vi legger inn datapunktene i GeoGebra og bruker RegSin til å finne en sinusmodell:

RegSin gir
Siden fasevinkelen (\(-0{,}003\)) og konstantleddet (\(-0{,}91\)) er svært nær null, og \(314{,}81 \approx 100\pi\), forenkler vi til
Modellen \(\underline{\underline{U(t) \approx 323\sin(100\pi t)}}\) beskriver spenningen godt.
b
Vi løser \(U(t) = 230\):
Spenningen er \(230 \, \mathrm{V}\) ved \(\underline{\underline{t \approx 0{,}0025 \, \mathrm{s}}}\) og \(\underline{\underline{t \approx 0{,}0075 \, \mathrm{s}}}\).
c
Vi bruker modellen \(U(t) = 323\sin(100\pi t)\) med periode \(T = 0{,}0200 \, \mathrm{s}\):
Siden \(\displaystyle\int_0^T \sin^2(\omega t)\, \mathrm{d}t = \dfrac{T}{2}\) for en hel periode:
Effektivverdien er \(\approx 229 \, \mathrm{V} \approx 230 \, \mathrm{V}\), som stemmer godt med at nettspenningen i Norge er 230 V. Målingene kan være riktige.