Скачать презентацию
Идет загрузка презентации. Пожалуйста, подождите
Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемГеоргий Мартынский
1 Переменный ток
2 Вынужденные электромагнитные колебания Процессы, возникающие в электрических цепях под действием внешнего периодического источника тока, называются вынужденными колебаниями. Вынужденные колебания, в отличие от собственных колебаний в электрических цепях, являются незатухающими. Внешний источник периодического воздействия обеспечивает приток энергии к системе и не дает колебаниям затухать, несмотря на наличие неизбежных потерь. Если частота ω 0 свободных колебаний определяется параметрами электрической цепи, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешнего источника. Электрические цепи, в которых происходят установившиеся вынужденные колебания под действием периодического источника тока, называются цепями переменного тока.
3 Вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи представляют собой переменный электрический ток. Переменный электрический ток это ток, сила и направление которого периодически меняются. Генератор перемен ного тока – устройство, создающее вынужденные электромагнитные коле бания в электрических цепях.
4 Пусть виток ограничивает поверхность площадью S и вектор В индукции однородного магнитного поля расположен под уг лом α к перпендикуляру к плоскости витка. Магнитный поток Ф через площадь витка Ф = В S cos α Переменный электрический ток
6 Для получения больших значений амплитуды ЭДС и больших значение амплитуды силы тока во внешней цепи используются генераторы переменного тока с большой площадью S витка и большим числом витков в обмотке. Генератор переменного электрического тока На практике синусоидальная ЭДС возбуждается не путем вращения витка в магнитном поле, а путем вращения магнита или электромагнита ( ротора ) внутри стат opa неподвижной обмотки, навитой на стальной сердечник, что позволяет избежать снятия напряжения с помощью контактных колец, что невозможно при больших значениях ам плитуды напряжения.
7 Аналогия вынужденных механических и электрических колебаний механические электрические Наличие внешней периодически действующей силы Наличие ЭДС, изменяющейся периодически Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающих колебаний: внешней силыЭДС Между вынуждающими и вынужденными колебаниями существует разность фаз F x = F m cos wt ε = ε т sin wt x=x m cos (wt + φ 0 )i= I m sin (wt + φ 0 )
8 Задача 1 Виток провода площадью 25 см 2 2, м 2 вращается с частотой 5 Гц однородном магнитном поле с индукцией 1,1 Тл. Определить амплитуду колебаний ЭДС индукции в витке. (0,86 В ) СИ м 2
9 Задача 2 С какой частотой должен вращаться виток провода в одно родном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл для того, чтобы амплитуда колебаний ЭДС индукции в нем была 1 В ? Площадь витка 2, м 2. (53 Гц )
10 Условие квазистационарности Предположим, что цепь состоит из нескольких последовательно соединённых элементов. Если напряжение источника меняется по косинусоидальному закону, то сила тока не успевает мгновенно принимать одно и то же значение во всей цепи на передачу взаимодействий между заряженными частицами вдоль цепи требуется некоторое время. Поэтому сила тока I во всех последовательно включённых элементах цепи будет принимать одинаковое значение своё в каждый момент времени. Оно называется мгновенным значением силы тока.
11 Резистор в цепи переменного тока
12 Мощность переменного тока. При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность переменного тока равна : p= iu = I 0 U 0 cos 2 ω t
13 Действующие значения силы тока и напряжения
14 Активное сопротивление Сопротивление элемента электриче ской цепи ( резистора ), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют ак тивным сопротивлением.
15 КАТУШКА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Пусть в цепь переменного включена идеальная катушка с электрическим сопротивле нием провода, равным нулю. Пусть ток меняется по закону i= I max cos w t и в катушке возникает ЭДС самоиндукции ε = Li' = ε т sin wt
16 Индуктивное сопротивление
18 КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Если подключить конден сатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратко временный импульс тока, который зарядит конденсатор до на пряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соеди нить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конден сатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковремен ная вспышка лампы. При включении конденсатора в цепь переменного тока процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока, кажется горящей непрерывно, так как челове ческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не заме чает периодического ослабления свечения нити лампы.
19 Установим связь между амплитудой колебаний напряжения па обкладках конденсатора и амплитудой колебаний силы тока. При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону и=U max cos w t заряд на его обкладках изменяется по закону : q = C u = U max C cos w t Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора : i = q' Поэтому колебания силы тока в цепи происходят по закону : i= - U max w C sin w t = U max w C cos ( w t+ π/2) Колебания на пряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π /2.
20 Емкостное сопротивление
22 ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Полная цепь переменного тока - электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, кон денсатора и катушки. В любой момент времени сумма мгновенных значений на пряжений на последовательно включенных элементах цепи равна мгновенному значению приложенного напряжения : u
23 Колебания напряжения на резисторе совпадают по фазе с ко лебаниями силы тока, колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе на π /2 от колебаний силы тока, колебания напряжения на катушке опережают по фазе на π /2 колебания силы тока. Поэтому уравнение можно записать так : u = U Rm cos w t + U Cm cos (w t - π /2) + U Lm cos (w t + π /2) где U Rm, U Cm и U Lm амплитуды колебаний напряжения на ре зисторе, конденсаторе и катушке. Амплитуду колебаний напряжения в цепи переменного тока можно выразить через амплитудные значения напряжения на от дельных ее элементах, воспользовавшись методом векторных диаграмм.
24 Метод векторных диаграмм U m = U Rm +U Ст +U Lm 0 φ
26 Мощность в полной цепи переменного тока
27 Задачи 1. Ц епь состоит и з лампы и конденсатора. К ак изменится н акал нити лампы, если параллельно конденсатору присоединить в торой конденсатор такой ж е емкости ? 1)Увеличится 2)Уменьшится 3)Не изменится 2. Какой из трех графиков выражает зависимость индуктивного сопротивления в цепи переменного тока от частоты? 3 X L = L w
28 3. По графику определите действующие значения напряжения.Задачи 4. Электроплитку можно питать постоянным и переменным током. Будет ли разница в накале спирали, если напряжение, изме ренное вольтметром, для обоих токов одинаково ? Действующее значение напряжения равно напряжению такого по стоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющая ся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока.
29 5. Напряжение в сети меняется по закону u= 310 sin wt. Какое количество теплоты отдает в 1 мин электрическая плитка с активным сопротивлением 60 Ом, включенная в эту сеть ?Задачи Дано : u = 310 sin w t Δt = 1 мин R = 60 Ом Q = ? СИ 60 с
30 6. Какой электроемкостью должен обладать конденсатор для того, чтобы при включении его в цепь переменного тока с частотой 1 к Гц при действующем значении напряжения 2 В действующее значение силы тока в цепи было равно 20 мА ?Задачи Дано : = 1 к Гц I = 20 мA U = 2 В С = ?
31 7. К городской сети переменного тока подключены последовательно катушка индуктивностью 3 м Гн и активным сопротивлением 20 Ом и конденсатор емкостью 30 мкФ. Напряжение Uc на конденсаторе 50 В. Определите напряжение на зажимах цепи, ток в цепи, напряжение на катушке, активную и реактивную мощность. Задачи Дано : L = 3 м Гн R = 20 Ом U С = 50 В С = 30 мкФ = 50 Гц U = ? I = ? U L = ? PСL =?PСL =? P =? P = IU R
32 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС Явление возрастания амплитуды колебаний силы тока при не котором значении частоты w р = 2 π p до максимального зна чения называют электрическим резонансом, а частоту, при кото рой амплитуда колебаний силы тока достигает максимального значения, резонансной частотой. На низких частотах емкостное сопротив ление конденсатора переменному току очень велико. С увеличе нием частоты это сопротивление убывает, а сила тока в цепи возрастает. Индуктивное сопротивление катушки на низких час тотах мало, но увеличивается с ростом частоты. При более вы соких частотах индуктивное сопротивление превышает емкостное. Возрастание индуктивного сопротивления с частотой приводит к убыванию силы тока в цепи на частотах, больших резонансной.
33 Так как колебания напряжения на конденсаторе и катушке индук тивности при их последовательном соединении происходят в противофазе, а ток через все элементы цепи протекает один и тот же, то при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений напряжения на них в любой момент времени одинаковы по модулю, но имеют противоположные знаки : U L = - U C Резонанс в электрической цепи переменного тока при последова тельном соединении ее элементов называют резонансом напряжений.
36 К генератору переменного тока, частоту которого можно менять, подключены последовательно резистор сопротивлением 10 Ом, конденсатор емкостью 0,5 мкФ и катушка индуктивности 0,5 Гн. Действующее значение напряжения на выходе генератора 100 В. Каковы показания амперметра при наступлении резонанса ? Чему равна резонансная частота ?Задачи Дано : L = 0,5 Гн U = 100 В С = 0,5 мкФ R = 10 Ом I = ?
37 В сеть переменного тока с действующим напряжением 220 В включены последовательно конденсатор емкостью 100 мкФ, катушка индуктивностью 0,4 Гн и активное сопротивление 8 Ом. Определить амплитуду силы тока в цепи, если частота переменного тока 200 Гц, а также частоту переменного тока, при которой в данном контуре наступит резонанс напряжений.Задачи
38 Имеется цепь переменного тока частотой v = 50 Гц с активно - индуктивной нагрузкой. Показания амперметра 8 А, вольтметра 220 В, ваттметра 700 Вт. Определить индуктивность L катушки ; сопротивление резисторов, угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи Задачи Дано : U = 220 В = 50 Гц Р = 700 Вт I = 8 А R 1 = 6 Ом L = ? φ = ?
39 АВТОКОЛЕБАНИЯ Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри системы, называются автоколебательными. Колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями. Любая автоколебательная система состоит из 3 частей : 1) собственно колебательной системы ; 2) источника энергии ; 3) « клапана ». Работой « клапана » управляет колебательная система. Связь между колебательной системой и « клапаном » называют обратной связью. Вынужденные колебания, кото рые мы рассматривали до сих пор, возникают под действием перемен ного напряжения, вырабатываемого генераторами на электростанциях. Такие генераторы не могут созда вать колебания высокой частоты, необходимые для радиосвязи. Потре бовалась бы чрезмерно большая ско рость вращения ротора. Колебания высокой частоты получают с по мощью других устройств, например с помощью генератора на тран зисторе.
40 Генератор на транзисторе при мер автоколебательной системы. На примере ге нератора на транзисторе можно вы делить основные элементы, характерные для многих автоколебатель ных систем : 1. Источник энергии, за счет ко торого поддерживаются незатуха ющие колебания ( в генераторе на транзисторе это источник постоян ного напряжения ). 2. Колебательная система, т. е. та часть автоколебательной системы, в которой непосредственно происхо дят колебания ( в генераторе на транзисторе это колебательный контур ). 3. Устройство, регулирующее по ступление энергии от источника в колебательную систему, « клапан » ( в рассмотренном генераторе роль « клапана » играет транзистор ). 4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью ко торой колебательная система уп равляет « клапаном » ( в генераторе на транзисторе это индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер база ).
41 I четверть периода Положительно заряженная пла стина конденсатора, соединен ная с коллектором, разряжается. Ток в контуре увеличивается до I тах В катушке связи возникает ин дукционный ток такого направ ления, что база имеет отрица тельный потенциал относитель но эмиттера. Переходы база - коллектор и эмиттер - база пря мые. Транзистор открыт. Энергия от источника поступает в колеба тельный контур ( ключ замкнут ). II четверть периода Ток в контуре убывает. Верхняя пластина заряжается отрицательно. В катушке связи ток меняет направление. На базе положительный потенциал. Переход коллектор - база обратный. Ток в цепи отсутствует ( ключ разомкнут ). III четверть периода Конденсатор разряжается. Ток растет до I тах, направлен от нижней пластины к верхней. В катушке связи ток направлен так, что база получает положительный потенциал. Переход база - коллектор база обратный. Тока в цепи нет ( ключ разомкнут ). IV четверть периода Ток в контуре, не меняя направления, убывает. Верхняя пластина заряжается положительно. В катушке связи ток меняет направление. Заряд на базе отрицательный. Переходы база - коллектор, эмиттер - база прямые. Энергия поступает от источника в колебательный контур ( ключ замкнут ).
42 1. Дроссель с индуктивностью 2 Гн и активным сопротивлением 10 Ом, включают сначала в сеть постоянного тока с напряжением 20 В, а затем в сеть с переменного тока с действующим напряжением 20 В и частотой 400 Гц. Определить силу тока в первом и во втором случае. Результат объяснить. 2. Катушка с активным сопротивлением 15 Ом и индуктивностью 52 м Гн включена в сеть стандартной частоты последовательно с конденсатором емкостью 120 мкФ. Напряжение в сети 220 В. Определить силу тока в цепи, активную мощность и коэффициент мощности. 3. Показания приборов – 3 А, 12 В, 24 В. Найти активное и индуктивное сопротивление катушки, если цепь находится в режиме резонанса.
Еще похожие презентации в нашем архиве:
© 2024 MyShared Inc.
All rights reserved.