Электрические цепи переменного тока. 1. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи переменного тока. Закон Ома для участка цепи переменного. - презентация

1 Электрические цепи переменного тока

2 1. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи переменного тока. Закон Ома для участка цепи переменного тока с последовательно соединенными сопротивлениями. 2. Мощность в цепи переменного тока. 3. Электрический резонанс и его применение.

3 1. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи переменного тока. Закон Ома для участка цепи переменного тока с последовательно соединенными сопротивлениями.

4 Конденсатор в цепи постоянного тока ( ток в цепи не течет )

5 i В результате периодической зарядки и перезарядки конденсатора в цепи все время протекает ток переменный ток. В цепи с конденсатором протекает только переменный ток, постоянный ток не протекает.

6 Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи переменного тока В цепях переменного тока различают три вида сопротивлений: активное, индуктивное и емкостное. Активным сопротивлением называется сопротивление переменному току со стороны материала проводника (при прохождении переменного тока по проводнику последний нагревается, т.е. потребляет мощность). На переменный ток влияют не только напряжение и сопротивление цепи, но и индуктивность проводников, включенных в цепь. При включении в цепь переменного тока катушки индуктивности в ней индуцируется э.д.с. самоиндукции (так как магнитный поток, пронизывающий витки катушки, изменяется), которая препятствует нарастанию тока при его увеличении и уменьшению тока при спаде его величины. Иными словами, когда напряжение в цепи переменного тока с включенной катушкой индуктивности достигнет максимума, ток не успеет достигнуть той величины, которой он достиг бы в цепи без катушки индуктивности. Между напряжением U и током I возникает сдвиг по фазе. Таким образом, действие индуктивности в отношении величины переменного тока подобно действию сопротивления проводника. С увеличением индуктивности сопротивление цепи переменному току увеличивается. Сопротивление, которым обладает цепь вследствие наличия в ней индуктивности, называется индуктивным сопротивлением. Если в цепь переменного тока включить конденсатор, переменный ток не исчезнет, как это случилось бы с постоянным током. В цепи будет продолжать течь ток заряда или разряда конденсатора, т.е. переменный ток. Величина этого тока зависит от емкости конденсатора: чем больше емкость, тем больше ток заряда и разряда. Следовательно, конденсатор можно рассматривать как некоторое сопротивление переменному току, возникающее вследствие того, что при заряде конденсатора между его обкладками возникает напряжение (Uc), направленное навстречу напряжению, которое приложено на зажимах. Это дополнительное сопротивление, вносимое конденсатором в цепь, называется емкостным сопротивлением.

7 Х Х

8 Колебания силы тока и напряжения на активном сопротивлении происходят в одной и той же фазе,разность фаз колебаний равна нулю.

9 =

10 Векторная диаграмма при наличии в цепи переменного тока только активного сопротивления

11 Колебания силы тока на конденсаторе опережают колебания напряжения по времени на четверть периода, а по фазе на радиана.

12

13 Векторная диаграмма при наличии в цепи переменного тока только емкостного сопротивления

14 Колебания силы тока на катушке индуктивности отстают от колебаний напряжения по времени на четверть периода, а по фазе на радиана.

15 =

16 Векторная диаграмма при наличии в цепи переменного тока только индуктивного сопротивления

17 При наличии в цепи переменного тока активного, индуктивного и емкостного сопротивлений разность фаз между колебаниями силы тока и напряжения равна

18 Векторная диаграмма напряжений в сети переменного тока R

19 Z - полное сопротивление участка цепи переменному току

20

21

22 1. Если в цепи переменного тока только активное сопротивление, то выделяемая мощность максимальна. В этом случае активное сопротивление энергию, получаемую от сети полностью превращает во внутреннюю энергию, обратно в сеть энергия не возвращается. 2.Если в цепи переменного тока только емкостное сопротивление, то конденсатор энергию, получаемую от сети, полностью превращает в энергию электрического поля конденсатора, затем эта энергия обратно полностью возвращается в сеть, во внутреннюю энергию не переходит. 3.Если в цепи переменного тока только индуктивное сопротивление, катушка индуктивности энергию, получаемую от сети, полностью превращает в энергию магнитного поля вокруг катушки, затем эта энергия обратно полностью возвращается в сеть, во внутреннюю энергия не переходит. 4.Если в цепи переменного тока имеются и активное, и индуктивное, и емкостное сопротивления, то мощность ( выделяемое тепло ) будет меньше максимальной. Активное сопротивление только часть энергии, получаемое от сети, превращает во внутреннюю энергию, конденсатор и катушка индуктивности энергию обратно возвращают в сеть.

23 Из этого графика видно, что в течение одной четверти периода мощность положительна и энергия от сети поступает к данному участку цепи; но в течение следующей четверти периода мощность отрицательна, и данный участок отдает без потерь обратно в сеть полученную ранее энергию. Поступающая в течение четверти периода энергия запасается в магнитном поле тока, а затем без потерь возвращается в сеть Лишь при наличии проводника с активным сопротивлением в цепи, электромагнитная энергия превращается во внутреннюю энергию проводника, который нагревается. Обратного превращения внутренней энергии в электромагнитную на участке с активным сопротивлением уже не происходит, энергия в сеть не возвращается. График колебаний мощности при наличии в цепи переменного тока только индуктивного сопротив- ления.

24 3. Электрический резонанс и его применение.

25 Механический резонанс – увеличение амплитуды механических (звуковых) колебаний под влиянием внешних воздействий. В индийской классической музыке известен такой факт: если поместить гитару в пустой комнате в углу, а напротив искусный музыкант-гитарист станет играть, то другая гитара начнет вибрировать с той же частотой, что и первый, повторяя мелодию. Певец силой голоса может разбить вдребезги бокал при условии, что взятая нота точно соотвествует частотным характеристикам этого бокала. Известный индийский гомеопат Раджан Шанкаран также экспериментировал с резонансом и пением песен, стараясь войти в резонанс с пациентом

26

27 I m ν ν 0 Резонансная кривая при электрическом резонансе

28 Электрический резонанс – резкое увеличение силы тока в контуре при приближении частоты внешнего воздействия к собственной частоте колебаний контура. Явление электрического резонанса исследовал Никола Тесла ( ), сын сельского священника из Хорватии. Он некоторое время учился у Эдисона, но потом быстро отделился. Именно ему принадлежат такие слова: "Все связи между явлениями устанавливаются исключительно путем разного рода простых и сложных резонансов - согласованных вибраций физических систем". Николай Тесла писал, что материя и пространство неразделимы, а материя – только лишь одно из проявлений организованных электромагнитных колебаний, описываемых общим математическим алгоритмом. Свами Вивекананда, известный индийский философ, приехавший на запад посетил Теслу в Нью-Йорке в 1906 году, с восторгом отозвался о нем своему коллеге: "Этот человек отличается от всех западных людей… Вне сомнения, он отличается духовностью высшего уровня…В его электрических многокрасочных огнях я почувствовал присутствие самого Брахмы…" Мало кто помнит, что именно Тесле, а не Маркони принадлежит патент на изобретение радио, он также изобрел электромоторы, электромобиль, и целый ряд способов для получения электроэнергии в любой точке пространства. После его смерти его архивы таинственно исчезли

29 Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если мы настроим контур на желательную частоту, например n1, то э. д. с. с частотой n1 вызовет в контуре сильные вынужденные колебания, а все остальные э. д. с. слабые. Следовательно,

30 Применение электрического резонанса