Презентация по физике для проведения урока по теме: R,C,L в цепи переменного тока Вопросы для изучения: 1.Действующие значения тока и напряжения. Активное сопротивление в цепи ~ тока 2.Конденсатор в цепи ~ тока 3.Индуктивность в цепи ~ тока 4.Использование частотных свойств конденсатора и катушки индуктивности

R C LR C LR C LR C Краснополянская школа 1 Домнин Константин Михайлович 2006 год в цепи переменного тока -1

Действующие значения тока и напряжения. Активное сопротивление в цепи переменного тока 1. Действующие значения тока и напряжения. Активное сопротивление в цепи переменного тока

Действующие значения тока и напряжения, виды сопротивлений Для рассмотрения этого вопроса давайте вспомним, чем обусловлено сопротивление проводника прохождению тока через него: При прохождении тока через проводник свободные электроны испытывают соударения с атомами кристаллической решетки, передавая им часть своей энергии. При этом внутренняя энергия проводника увеличивается (он нагревается и оказывает сопротивление току) Такой вид сопротивления называется активным (есть еще один вид сопротивления – реактивное, не вызывающее нагрева проводника и обусловленное другими процессами)

Действующие значения тока и напряжения, виды сопротивлений Рассмотрим активное сопротивление в цепи переменного тока: R Мгновенное значение силы тока через активное сопротивление пропорционально мгновенному значению напряжения Колебания напряжения и силы тока на активном сопротивлении совпадают по фазе

Время, с Колебания напряжения Колебания силы тока Графики изменения напряжения и силы тока на активном сопротивлении Колебания напряжения и силы тока на активном сопротивлении совпадают по фазе Активное сопротивление в цепи переменного тока

Введем понятие действующего значения напряжения и силы тока: При прохождении переменного тока через проводник, как видно из графика, его значение не остается постоянным: Ток плавно изменяется от нуля до амплитудного значения. Значит и тепловое действие тока различно в разные моменты времени. Какое значение тока можно использовать для расчета работы и мощности тока ? Понятно, что необходимо брать усредненное значение, называемое действующим значением силы тока (т.е действие переменного тока заменяется действием постоянного тока, дающего такой же тепловой эффект) ImIm IдIд t,c i,A

Активное сопротивление в цепи переменного тока Аналогично действующее значение напряжения: Тогда действующая мощность (средняя мощность): а выделяемое в проводнике тепло:

Конденсатор в цепи переменного тока 2. Конденсатор в цепи переменного тока C

Конденсатор в цепи переменного тока Давайте вспомним, что такое конденсатор Конденсатор – это система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика (воздуха, слюды, керамики …) Ясно, что конденсатор – это разрыв в цепи (подобно разомкнутому выключателю), поэтому постоянный ток конденсатор не проводит

Конденсатор в цепи переменного тока Посмотрим, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока: ~ Источник ~ тока, обладающий и r Замкнем цепь и понаблюдаем движение электронов в цепи: Мы видим, что ток между обкладками конденсатора по прежнему не идет, однако вследствие перезарядки конденсатора через лампочку идет переменный ток – т.е. конденсатор проводит переменный ток

Конденсатор в цепи переменного тока Итак, конденсатор проводит переменный ток, однако он оказывает току сопротивление, которое называется емкостным сопротивлением - емкостное сопротивление - циклическая частота протекающего тока С – электроемкость конденсатора - частота тока

Конденсатор в цепи переменного тока Проанализируем формулу емкостного сопротивления: Из формулы видно, что сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте протекающего тока и его электроемкости : Сопротивление конденсатора уменьшается с ростом частоты, значит конденсатор хорошо проводит высокочастотные колебания и плохо – низкочастотные, а постоянный ток вообще не проводит

Конденсатор в цепи переменного тока График зависимости сопротивления конденсатора от частоты: Сопротивление конденсатора зависит и от его электроемкости: при фиксированной частоте конденсатор с большей емкостью будет обладать меньшим сопротивлением С1С1 С2С2 С 2 >C 1 X С1 XС2XС2

Конденсатор в цепи переменного тока Сдвиг фаз между напряжением и током: Если напряжение на конденсаторе меняется по закону: то заряд на конденсаторе равен: тогда сила тока в цепи: Колебания тока на конденсаторе опережают колебания напряжения на /2

Время, с Колебания напряжения Колебания силы тока Графики тока и напряжения на конденсаторе: Конденсатор в цепи переменного тока

Индуктивность в цепи переменного тока 3. Индуктивность в цепи переменного тока L

Индуктивность в цепи переменного тока Давайте вспомним, что такое индуктивность Индуктивность L – это физическая величина, подобная массе в механике. Как в механике для изменения скорости тела нужно время, и масса является мерой этого времени (инерция), так и электродинамике для изменения тока через проводник нужно время и индуктивность является мерой этого времени (самоиндукция) Катушка индуктивности – это обычный проводник с необычной формой, обладающий активным сопротивлением. Поэтому катушка хорошо проводит постоянный ток, значение которого ограничено только его активным сопротивлением L Явление самоиндукции возникает только в моменты включения и выключения (препятствует любому изменению тока)

Индуктивность в цепи переменного тока Посмотрим, как ведет себя индуктивность в цепи переменного тока: ~ Источник ~ тока, обладающий и r Замкнем цепь и сравним яркость горения лампочек 1 и 2 Л1 Л2 В цепи сопротивление R поберем равным активному сопротивлению L R L Лампочка Л1 горит гораздо ярче, чем Л2 Почему ?

Индуктивность в цепи переменного тока Все дело в явлении самоиндукции, возникающей в катушке при любом изменении тока, которое мешает этому изменению – поэтому у катушки индуктивности кроме активного сопротивления провода, из которого она сделана, появляется еще одно сопротивление, обусловленное явлением самоиндукции и называемое индуктивным сопротивлением X L - циклическая частота протекающего тока L – индуктивность катушки - частота тока

Индуктивность в цепи переменного тока Проанализируем формулу индуктивного сопротивления: Из формулы видно, что индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте протекающего тока и индуктивности Индуктивное сопротивление увеличивается с ростом частоты, значит катушка хорошо проводит низкочастотные колебания и плохо – высокочастотные, а для постоянного тока оно равно нулю

Сдвиг фаз между напряжением и током: Если ток в катушке изменяется по закону: то напряжение на катушке изменяется по закону: Ток в катушке индуктивности отстает от напряжения /2 Правило: C I V I L Индуктивность в цепи переменного тока

Время, с Колебания напряжения Колебания силы тока Индуктивность в цепи переменного тока Графики тока и напряжения на индуктивности:

Использование частотных свойств конденсатора и катушки индуктивности 4. Использование частотных свойств конденсатора и катушки индуктивности

5. Использование частотных свойств конденсатора и катушки Таким образом, в цепи переменного тока можно выделить 3 вида сопротивлений (или три вида элементов, оказывающих сопротивление току) СОПРОТИВЛЕНИЕ активноереактивное индуктивноеемкостное Реальные электрические цепи содержат все виды сопротивлений (активное, индуктивное и емкостное), поэтому ток в реальной цепи зависит от ее полного (эквивалентного) сопротивления, а сдвиг фаз определяется величиной L и C цепи R XLXL XCXC

5. Использование частотных свойств конденсатора и катушки Итак, конденсатор хорошо проводит ВЧ колебания, и плохо – НЧ колебания катушка наоборот: хорошо НЧ колебания и плохо – ВЧ колебания Эти свойства позволяют создать: 1. Различные частотные фильтры – схемы, позволяющие выделить из всего сигнала (например от магнитофона) НЧ и ВЧ составляющие: Вход сигнала от магнитофона ВЧ НЧ ! Объясните на основе свойств конденсатора и катушки действие частотного фильтра, представленного на схеме Используя различные значения R, L и C, можно создавать фильтры с заданными параметрами (полосой пропускания)

5. Использование частотных свойств конденсатора и катушки 2. Электрический колебательный контур, состоящий из конденсатора и катушки индуктивности LC Колебательный контур обладает замечательный свойством – пропускать колебания (резонировать) только определенной частоты, зависящей от емкости конденсатора и индуктивности катушки Эти свойства контура широко применяются в радио и телеприемной и передающей аппаратуре для селекции сигналов

На этом урок закончен, на следующем уроке мы рассмотрим примеры решения задач на частотные свойства конденсатора и катушки индуктивности в цепи переменного тока, действующие значения электрических величин

Домнин Константин Михайлович E – mail: 2006 год.