Катушка в цепи переменного тока




Резистор в цепи переменного тока.

Ход урока.

В цепи переменного тока, как мы уже знаем значение силы тока и напряжения меняются с течением времени и подчиняются закону гармонических колебаний.

U=Um*cosωt, I=Im*cosωt. Соответственно, пользуясь законом Ома I(t)=U(t)/R, заменим силу тока и напряжения. Im=Um/R. Теперь сравним графики колебаний для силы тока и напряжения.

 

Таким образом мы наблюдаем, что изменение силы тока, повторяет изменение напряжения. Т.о. разность фаз =0. Т.о. цепи, где сдвиг фаз между I и U =0 называют активными цепями. А сопротивление данной цепи называют активным сопротивлением. Кроме этого не забываем, за счет сопротивления цепи в цепи выделяются тепло.

Теперь поговорим о самом сопротивлении резистора. От чего зависит сопротивление?

R=p*l/S, т.е. сопротивление, что в цепи постоянного тока, что в цепи переменного тока, будет постоянным. Т.к. сопротивление от силы тока и напряжения не зависит. Но есть величины зависящие от силы тока и напряжения (мощность).

Для постоянного тока P=IU=I2*R=U2/R

Qпост.= I2*R*T

Для переменного тока P= I(t)*U(t)= I2(t)R=U2(t)/R

Q=I2mRT/2

Т.о. получается мы можем выбрать такое значение I

Qпост= Q

I=Im/-действующее значение переменного тока

Действующим значением переменного тока называется сила такого постоянного тока, который выделяет в проводнике то же количество теплоты, что и данный переменный ток за то же время.

Аналогично и для напряжения U=Um/

 

Конденсатор в цепи переменного тока.

Как мы уже с вами знаем напряжение в цепи переменного тока меняется по закону U=Um*cosωt.

Связь между зарядом и напряжением такая же как и для цепи постоянного тока. q(t)=C*U(t), но обратите внимание для постоянного тока напряжение не меняется, а для переменного меняется. Т.о. вместо U целесообразно записать U(t), q(t)= C* Um*cosωt. А как найти закон изменения для силы тока? (найти производную)

I(t)=q,(t)= (C* Um*cosωt),. I(t)=- ω* C* Um*Sin(ωt).

I(t)=ω* C* Um*Sin(-ωt)

Sinα= Cos(π/2-α)

I(t)=ω* C* Um*Cos(π/2+ ωt)

I(t)= Im* Cos(π/2+ ωt), где Im= ω* C* Um

Что мы с вами видим? Напряжение и сила тока в цепи переменного тока с конденсатором меняется по одному закону. Но разница только в π/2. Это значит, что колебание силы тока опережает колебание напряжения на π/2. Для того, чтобы было более понятнее рассмотрим данный процесс на графике.

Так как π/2-это ¼ часть от поворота 2π, тогда поворот на π/2, значит это занимает 1/4T. Соответственно все точки сдвинуться в лево на 1/4T. Для силы тока.

Хорошо продолжим рассмотрение значения силы тока. Im= ω* C* Um- закон Ома.

I=U/R, Xc=1/ ω* C, где Xc-емкостное сопротивление [Ом] Im=Um/Xc.

 

Катушка в цепи переменного тока

 

 

Определим силу тока в цепи, содержащей катушку, активным сопротивлением которой можно пренебречь. Для этого предварительно найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней.

Если электрическое сопротивление провода катушки можно считать бесконечно малым, то напряжение на ней можно принять равной по модулю и противоположной по знаку ЭДС самоиндукции катушки:

В случае изменения силы тока по гармоничному закону i = Imaxsinωt ЭДС самоиндукции равна: e = -Li' = -LωImaxcosωt.

Напряжение на концах катушки дорівноє:

где Umax = LωImax - амплитуда напряжения. Следовательно,

Ø колебания напряжения на катушке опережают колебания силы тока на /2.

В момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока равна нулю. В момент, когда напряжение становится равным нулю, сила тока максимальна по модулю.

 

 

Отношение напряжения на катушке до силы тока не является постоянной величиной. Однако, как и в случае с конденсатором, для нахождения амплитуды колебаний силы тока в катушке можно воспользоваться выражением, что совпадает по форме с законом Ома для участка цепи постоянного тока:

Обозначив XL = ωL, получим

Величину XL называют индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление XL = 2 vL зависит от частоты. Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки. При v = 0 индуктивное сопротивление равно нулю.

Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока.

Средняя мощность в рассматриваемом круге равна нулю: когда сила тока в течение четверти периода увеличивается, энергия магнитного поля катушки увеличивается, а в течение следующей четверти периода магнитного поля катушки уменьшается, возвращая всю полученную энергию обратно в круг. Таким образом, индуктивное сопротивление (как и емкостный) не способствует необратимом превращение энергии электрического тока в другие формы энергии.

 

Решение задач

1.К цепи переменного тока с частотой 10 кГц подсоединена катушка с индуктивностью 5 Гн. Чему равно индуктивное сопротивление цепи?

2.В цепь переменного тока с действующим значением напряжения 220 В включили активное сопротивление 50 Ом. Найдите действующее и амплитудное значение для силы тока. Ответ I=4.4А Im=6.16А

3. Емкостное сопротивление конденсатора в цепи переменного тока с частотой 50 Гц равно 800 Ом. Какова емкость конденсатора?

4.Напряжение на конденсаторе емкостью 0,5 мкФ меняется по закону u = 10sin100 t (В). Найдите, как меняется со временем сила тока через конденсатор.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-02-06 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: