Электрический ток. Данная презентация раскрывает тему «постоянный и переменный электрический ток»
Слайд 1
ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»
Слайд 2
Сегодня на уроке:
Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения напряжения и силы тока. Мощность в цепи переменного тока.
Слайд 3
Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Адам Мицкевич
Слайд 4
Картофелечистка
Протирочная машина
Электромясорубка
Тестомесильная машина
Хлеборезка
Слайд 5
Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным.
Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.
Слайд 7
Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением:
Получение переменной эдс
Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:
Слайд 8
Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции
При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса).
максимальное значение или амплитуда ЭДС.
Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в N раз. Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:
Слайд 9
Общие соотношения между напряжением и силой тока
Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения.
В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить:
φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения Im – амплитуда тока, А.
Слайд 10
Резистор в цепи переменного тока
Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи:
Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями
Слайд 11
Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи:
В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.
Слайд 12
Действующие значения напряжения и силы тока
Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении. Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока.
ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.
Действующее значение напряжения:
Слайд 13
Мощность в цепи переменного тока
Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения:
Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:
Слайд 14
На этом уроке вы узнали, что: переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону; получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции; на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю; действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия; мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения.
Переменный ток – это вынужденные электрические колебания Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени. Пусть в цепи имеется источник тока, ЭДС которого изменяется периодически. — это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника Переменные токи далее считаются квазистационарными, т. е. к мгновенным значениям всех электрических величин применимы законы постоянного тока.
Переменный электрический ток- электрический ток, который через равные промежутки времени изменяется по величине и направлению. Почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде переменного электрического тока. Именно поэтому его значение велико и область его применения широка.
Генератор переменного тока. В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.
Существуют промышленные и бытовые генераторы: Промышленные генераторы- наилучший вариант для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.
Применение в сельском хозяйстве. В с/х используются дизельные генераторы, которые обеспечивают сельскохозяйственную технику (насосы, оборудования, освещение), продление светового дня (для теплиц и птичников), отопление, доильные аппараты и т.д. Также в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур используется низкочастотное излучение квантового генератора в который записана информация снятая с оригиналов применяемых для локализации различных болезней и удаления насекомых.
Включить эффекты
1
из 18
Отключить эффекты
Смотреть похожие
Код для вставки
ВКонтакте Одноклассники Телеграм Добавить свою рецензию Слайд 1
Слайд 2
Сегодня на уроке:
Переменный электрический ток.
Резистор в цепи переменного тока.
Действующие значения напряжения и
силы тока.
Мощность в цепи переменного тока. Слайд 3
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?
Адам Мицкевич Слайд 4
Картофелечистка
Протирочная машина
Электромясорубка
Тестомесильная машина
Хлеборезка Слайд 5
Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным.
Переменный электрический ток
представляет собой
вынужденные
электромагнитные
колебания. Слайд 6
Слайд 7
Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением:
Получение переменной эдс
Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону: Слайд 8
Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции
При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса).
максимальное значение
или амплитуда ЭДС.
Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в Nраз.
Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение: Слайд 9
Общие соотношения
между напряжением и силой тока
Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение.
Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения.
В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить:
или
φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения
Im – амплитуда тока, А. Слайд 10
Резистор в цепи переменного тока
Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи:
Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются
активными сопротивлениями Слайд 11
Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи:
В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Слайд 12
Действующие значения напряжения
и силы тока
Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении.
Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока.
ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ
Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.
Действующее значение напряжения: Слайд 13
Мощность в цепи переменного тока
Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи.
Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения:
Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле: Слайд 14
ВЫВОДЫ
На этом уроке вы узнали, что:
переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону;
получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции;
на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю;
действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия;
мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения. Слайд 15
Ответы теста Слайд 16
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
Рамка, имеющая 100 витков, вращается с частотой 15 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Чему равна площадь рамки, если ампли-тудное значение возникающей в ней ЭДС 45 В? Слайд 17
ДАНО:
N=100 шт
ν=15 Гц
В=0,2 Тл
εm=45 В
S - ?
РЕШЕНИЕ:
e = εm sinωt
εm= BS ω
ω = 2π/T= 2π ν
εm= BS 2π ν(1 виток)
εmn= BSN 2π ν
S = εmn /(BN 2π ν)
ВЫЧИСЛЕНИЕ:
РАЗМЕРНОСТЬ:
ОТВЕТ: S = 0,024 м2 Слайд 18
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Учебник:
§ 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11». Подготовить реферат на тему:
Посмотреть все слайды МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
УРОКА ПО ФИЗИКЕ
Разработала преподаватель физики С.Е.Рязина Саранск
Цели урока:
Образовательная:
Развивающая:
Воспитательная:
Тип урока:
Методы проведения:
Оснащение урока:
Высказывание:
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?
Адам Мицкевич
Межпредметные связи:
ПЛАН УРОКА
1.Организационный момент
6.Подведение итогов урока.
7.Задание на дом:
Подготовить рефераты на темы: 2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии». ХОД УРОКА
1.Организационный момент
(объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку). Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Он всем несет тепло и свет
Щедрей его на свете нет!
К поселкам, селам, городам
3.Объяснение нового материала.
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Историческая справка
(сообщение учащегося) Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12
Слайд 13
4.Закрепление и обобщение нового материала.
(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.) Слайд 14
Слайд 15
Решение задачи
Слайд 16, 17
6.Подведение итогов урока.
(Выставление оценок и их комментарий.) Слайд 18
стр. 102 упражнение 4 задача №5.
1. «Новые современные типы генераторов»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ
ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
УРОКА ПО ФИЗИКЕ
НА ТЕМУ: «Переменный электрический ток»
Разработала преподаватель физики С.Е.Рязина Саранск
Тема урока: «Переменный электрический ток».
Цели урока:
Образовательная:
Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы. Развивающая:
Развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное. Воспитательная:
Привить уважение к науке как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся. Тип урока:
усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала. Методы проведения:
объяснение учителя с применением компьютера; информационно-иллюстративный, опрос учащихся, работа с опорными конспектами, тестами. Оснащение урока:
компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники. Высказывание:
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?
Адам Мицкевич
Межпредметные связи:
математика – нахождение производной, тригонометрические функции; оборудование – механическое оборудование; история – промышленность IX века; внутрипредменая связь – законы постоянного тока, магнитное поле, электромагнитная индукция. ПЛАН УРОКА
1.Организационный момент
(объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку). 2.Актуализация опорных знаний.
(Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала) 3.Объяснение нового материала.
4.Закрепление и обобщение нового материала.
(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.) 6.Подведение итогов урока.
(Выставление оценок и их комментарий.) 7.Задание на дом:
§ 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11», стр. 102 упражнение 4 задача №5. Подготовить рефераты на темы: 1. «Новые современные типы генераторов». 2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии». ХОД УРОКА
1.Организационный момент
(объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку). Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете, Каким образом можно получить переменную ЭДС и Какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока, В чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения. Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
2.Актуализация опорных знаний
Он всем несет тепло и свет
Щедрей его на свете нет!
К поселкам, селам, городам
Приходит он по проводам! (электрический ток)
Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала: 1. Что называют электрическим током? 2. Какой ток называют постоянным? 3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями? 4. В чём заключается явление электромагнитной индукции? 5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными? 6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи. 3.Объяснение нового материала.
В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным. Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. Вы будущие технологи и на практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка… Слайд 4
Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток. Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления электромагнитной индукции. Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии. Так что же представляет собой переменный электрический ток? Слайд 5
Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока. Рассмотрим принцип действия генератора: Слайд 6
На этом слайде мы с вами увидели, что
переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.
Слайд 7
Слайд 8
На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока. Историческая справка
(сообщение учащегося) Более подробно устройство генераторы мы с вами изучим на следующих уроках. Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12
Слайд 13
4.Закрепление и обобщение нового материала.
(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.) Слайд 14
Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:
- что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?
- на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?
- чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?
Как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?
- как определяется мощность в цепи переменного тока?
Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой) Слайд 15
Решение задачи
Слайд 16, 17
6.Подведение итогов урока.
(Выставление оценок и их комментарий.) Слайд 18
7.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11».
стр. 102 упражнение 4 задача №5.
Подготовить рефераты на темы:
1. «Новые современные типы генераторов»
2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com Учитель физики МШГУ алексеева екатерина владимировна Презентация по физике Темы презентации 1) Переменный электрический ток. 2) Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения. 3) Конденсатор в цепи переменного тока. 4) Катушка индуктивности в цепи переменного тока. Как нам известно, ток (электрический) бывает переменным и постоянным. Переме́нный ток (англ. alternating current - переменный ток) - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению. В настоящее время очень широко используется переменный электрический ток. Его можно получить с помощью электрогенераторов переменного тока с применением эффекта электромагнитной индукции. На рисунке изображена примитивная установка для выработки переменного тока. Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Своими концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток, но поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В связи с этим в рамке возникнет ЭДС индукции. Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону. Переменный электрический ток Переменный ток в осветительной сети квартиры, применяемый па заводах и фабриках и т. д., представляет собой не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания. Данные колебания напряжения легко обнаружить с помощью осциллографа.(рис. 4.8) Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз - в противоположную. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США принята частота 60 Гц. Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то и напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически. Переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети создается генераторами на электростанциях. Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле, можно рассматривать как простейшую модель генератора переменного тока. Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла а между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции (рис. 4.9): Ф = BScos а При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени: а=2П nt , где n – частота вращения. Поэтому поток магнитной индукции меняется гармонически: Ф = BS cos 2 П nt , Здесь 2П n число колебаний магнитного потока за 2П с. Это ЦИКЛИЧЕСКАЯ ЧАСТОТА колебаний w=2 П n = > Ф = BScoswt Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени: Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость w вращения рамки определит частоту w колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока. Если напряжение меняется с циклической частотой, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле Здесь I m - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а - разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения. Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения. Перейдем к более детальному рассмотрению процессов, которые происходят в цепи, подключенной к источнику переменного напряжения. Сила тока в цени с резистором. Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R (рис. 4.10). Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением. Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора. Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников - они нагреваются. Будем считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: u = U m cos w t Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома: В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения (рис. 4.1 7), а амплитуда силы тока определяется равенством Мощность в цепи с резистором. В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем. Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду. Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой: P = I 2 R. (4.18) На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой: P = i 2 R. (4.19) Найдем среднее значение мощности за период. Для этого сначала преобразуем формулу (4.19), подставляя в нее выражение (4.16) для силы тока и используя известное из математики соотношение Средняя мощность равна первому члену в формуле (4.20) Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока. Действующее значение силы переменного тока обозначается через I: Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время. Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: Заменяя в формуле (4.17) амплитудные значения силы тока и напряжения на их действующие значения, получаем закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором Как и при механических колебаниях, в случае электрических колебаний обычно нас не интересуют значения силы тока, напряжения и других величин в каждый момент времени. Важны общие характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность. Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока. Кроме того, действующие значения удобнее мгновенных значений еще и потому, что именно они непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока: P = I 2 R = UI. Конденсатор в цепи переменного тока Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор. Ведь фактически при этом цепь оказывается разомкнутой, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор. В этом можно убедиться с помощью простого опыта. Пусть у нас имеются источники постоянного и переменного напряжений, причем постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания (рис. 4.13), соединенных последовательно. При включении постоянного напряжения (переключатель повернут влево, цепь подключена к точкам АА") лампа не светится. Но при включении переменного напряжения (переключатель повернут вправо, цепь подключена к точкам ВВ") лампа загорается, если емкость конденсатора достаточно велика. Как же переменный ток может идти по цепи, если она фактически разомкнута (между пластинами конденсатора заряды перемещаться не могут)? Все дело в том, что происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора под действием переменного напряжения. Ток, идущий в цепи при перезарядке конденсатора, нагревает нить лампы. Установим, как меняется со временем сила тока в цепи, содержащей только конденсатор, если сопротивлением проводов и обкладок конденсатора можно пренебречь (рис. 4.14). Напряжение на конденсаторе Сила тока, представляющая собой производную заряда по времени, равна: Следовательно, колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на (рис. 4.15). I m = U m C (4.29) Амплитуда силы тока равна: Если ввести обозначение: и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим: Величину X c , обратную произведению C циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением. Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения на конденсаторе точно так же, как связаны согласно закону Ома сила тока и напряжение для участка цепи постоянного тока. Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение X c . С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты Сопротивление цепи с конденсатором обратно пропорционально произведению циклической частоты на электроемкость. Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока. Это можно доказать с помощью простого опыта. Соберем цепь из катушки с большой индуктивностью и электрической лампы накаливания (рис. 4.16). С помощью переключателя можно подключить эту цепь либо к источнику постоянного напряжения, либо к источнику переменного напряжения. При этом постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения должны быть равны. Опыт показывает, что лампа светится ярче при постоянном напряжении. Следовательно, действующее значение силы переменного тока в рассматриваемой цепи меньше силы постоянного тока. Объясняется это различие явлением самоиндукции. Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигнуть тех значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении. Следовательно, максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения. Определим силу тока в цепи, содержащей катушку, активным сопротивлением которой можно пренебречь (рис. 4.17). Для этого предварительно найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней. Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна быть равна нулю. Иначе сила тока, согласно закону Ома, была бы бесконечно большой. Равенство нулю напряженности поля оказывается возможным потому, что напряженность вихревого электрического поля порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи. Из равенства = - k i следует, что удельная работа вихревого поля (т. е. ЭДС самоиндукции е і) равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля. Учитывая, что удельная работа кулоновского поля равна напряжению на концах катушки, можно записать: е і = - u . При изменении силы тока по гармоническому закону: i = I m sin t ЭДС самоиндукции равна: e і = - L i " = - L l m cos t. Так как u = - е і , то напряжение на концах катушки оказывается равным Следовательно, колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на (рис. 4.18) Амплитуда силы тока в катушке равна: и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим: Величину X L , равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением. Согласно формуле (4.35) действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и индуктивным сопротивлением соотношением, подобным закону Ома для цепи постоянного тока. Индуктивное сопротивление зависит от частоты Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки. При = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (X L = 0). Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока. Катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току. Это сопротивление, называемое индуктивным, равно произведению циклической частоты на индуктивность. Колебания силы тока в цепи с индуктивностью отстают по фазе от колебаний напряжения на
Может ли ток меняться со временем так, чтобы в каждый момент времени он был одинаков в каждой точке цепи? Ток, то есть направленное движение зарядов, вызывается электрическим полем. Поэтому время установления тока в цепи t определяется только скоростью распространения электрического поля, то есть скоростью света с (L — длина цепи): t = L/c Это время нужно сравнивать с характерным временем изменения электрического поля (напряжения источника тока). В случае периодической э. д. с. это время — просто период колебаний напряжения на э. д. с. Т. Например, в наших электрических сетях напряжение (и ток) колеблется с частотой 50 Гц, то есть 50 раз в секунду. Период колебаний составляет T = 0, 02 с. Пусть длина нашей цепи L = 100 м. Тогда отношение t /T составит примерно 10 -5 — именно такую очень небольшую относительную ошибку мы сделаем, если будем для нашей цепи с переменным током пользоваться законами постоянного тока. Переменный ток в цепи, для которой выполняется соотношение t<
Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому (синусоидальному) закону. I = I 0 ·sin(ω t+ φ), амплитуда колебаний частота колебаний фаза колебаний По теореме Фурье любое колебание можно представить как сумму гармонических колебаний. Таким образом, синусоидальные или гармонические колебания являются одновременно и самым важным, и самым простым типом колебаний.
Сопротивление в цепи переменного тока Пусть внешняя цепь имеет настолько малые индуктивность и емкость, что ими можно пренебречь. Пусть начальная фаза φ = 0. Ток через сопротивление изменяется по закону: I = I 0 · sin (ω t + φ) По закону Ома для цепи а Rδ: U = I·R = I 0 ·R·sin ω t. Таким образом, напряжение на концах участка цепи изменяется также по синусоидальному закону, причем разность фаз между колебаниями силы тока I и напряжения U равна нулю. Максимальное значение U равно: UU 00 R R = I= I 00 ·R·R При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного тока.
Следовательно, в проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока равна амплитуде напряжения, деленной на сопротивление:
Амплитуду колебаний напряжения в цепи переменного тока можно выразить через амплитудные значения напряжения на отдельных ее элементах, воспользовавшись методом векторных диаграмм. Выберем ось х диаграммы таким образом, чтобы вектор, изображающий колебания тока, был направлен вдоль этой оси. В дальнейшем мы будем называть ее осью токов. Метод векторных диаграмм I 0 Так как угол φ между колебаниями напряжения и тока на резисторе равен нулю, то вектор, изображающий колебания напряжения на сопротивлении R , будет направлен вдоль оси токов. Длина его равна I 0 · R.
Конденсатор в цепи переменного тока Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Пусть напряжение подано на емкость. Индуктивностью цепи и сопротивлением проводов пренебрегаем, поэтому напряжение на конденсаторе можно считать равным внешнему напряжению. φ А — φ В = U = q/C, но I = dq/dt, следовательно, dt. Iq I = I 0 · sin ω t ток меняется по закону, откуда 00 0 cossin qt. I dtt. Iq Постоянная интегрирования q 0 обозначает произвольный заряд, не связанный с колебаниями тока, поэтому можно считать q 0 =
) 2 sin(cos 000 t C I UТогда Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π/2 (или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на π/2). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т. д. Физический смысл этого заключается в следующем: чтобы возникло напряжение на конденсаторе, должен натечь заряд за счет протекания тока в цепи. Отсюда происходит отставание напряжения от силы тока.
Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается X C): Величина. C IU 1 00 а по закону Ома U = I · R C XC 1 играет роль сопротивления участка цепи Она называется кажущимся сопротивлением емкости (емкостное сопротивление). векторная диаграмма
Индуктивность в цепи переменного тока Пусть напряжение подается на концы катушки с индуктивностью L с пренебрежимо малым сопротивлением и емкостью. Индуктивность контура с током – это коэффициент пропорциональности между протекающим по контуру током и возникающем при этом магнитным потоком. Индуктивность L зависит от формы и размеров контура, а также свойств среды Ф = L · I. При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции Уравнение закона Ома запишется следующим образом: U = I · R – =0 ILФ
) 2 sin(cos]sin= π их сумма равна нулю, и остается только колебание напряжения на активном сопротивлении. Так как добротность обычных колебательных контуров больше единицы, то амплитуды напряжения U o. L и U o. C больше амплитуды напряжения на концах цепи U o.
Рецензии
Конспект
Подписи к слайдам: