Тема 20 Получение переменной ЭДС. Сопротивление, индуктивность и емкость в цепи

переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Резонанс в

последовательной и параллельной цепи. Проблема передачи электроэнергии на расстояние, трансформатор

переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока.
20.3. Резонанс в

последовательной и параллельной цепи.
20.4. Проблема передачи электроэнергии на расстояние, трансформатор.

в постоянном магнитном поле, причем АВ(СД) всегда перпендикулярна направлению поля.
Рис.20.1.

которой указано на рисунке 20.2.
Рис. 20.2.
:

Под действием этой силы

электроны в контуре приходят в движение, т. е. возникает электрический ток

Угол поворота рамки определится как:
=t.
По закону Фарадея, ЭДС в контуре

определяется соотношением:

где =BScos – магнитный поток, пронизывающий рамку.
Получим:

Вывод: ЭДС индукции в рамке изменяется по гармоническому закону.

Рис.20.3.

К оглавлению

для цепей переменного тока
Опыт 20.1. Сдвиги фаз в цепи

с емкостью и индуктивностью

Оборудование:
Осциллограф электронный.
Коммутатор к осциллографу.
Батарея конденсаторов на 60 мкФ.
Катушка дроссельная с сердечником.
Реостат на 500 Ом.
Лампа на 127 В, 60 Вт на подставке с зажимами.
Проводники соединительные.
Ящик – подставка.

Рис.20.4.

.

активное сопротивление, которое следует учитывать в дальнейших измерениях.
3.Конденсатор, установленный на

стенде, не является идеальным, т.е. в процессе работы он дает утечки тока через изоляцию
4.Для наблюдения явления резонанса можно следить за изменением в зависимости от частоты5. Включите генератор и дайте ему прогреться несколько минут.
6.Особо следует определить точное значение резонансной частоты. Для этого надо, медленно вращая ручку регулировки частоты в диапазоне и внимательно наблюдая за показаниями амперметра, «поймать» частоту, при которой сила тока в цепи принимает максимальное значение. Значение резонансной частоты заносится в отчет.
7. Находясь на резонансной частоте, измерьте падение напряжения на конденсаторе
8.С помощью осциллографа определить сдвиги фаз.

Вывод: между током и напряжением существует фазовый сдвиг

закону Ома
амплитудное значение тока.
Вывод: ток и напряжение совпадают по фазе.
График:
Рис.

20.6.

Векторная диаграмма:

Рис. 20.7.

В цепи происходит необратимый процесс преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию (нагрев).

элемент, преобразующий энергию электрического тока в энергию магнитного поля, окружающего

проводник.
В отличие от предыдущего случая, этот процесс является обратимым, т. е. энергия источника переходит в энергию магнитного поля, затем энергия магнитного поля возвращается в цепь в виде энергии электрического тока. Индуктивный элемент называют реактивным, т. к. он характеризует реакцию электрической цепи на протекание в ней электрического тока.
Схема:

Рис. 20.8.

Запишем второй закон Кирхгофа для этой цепи. ЭДС самоиндукции будет полностью компенсировать падение напряжения на концах катушки:

индуктивное сопротивление катушки.
Таким образом запишем закон Ома:
График: представим U в

виде: UL=U0sin(t+/2), тогда:

Рис. 20.9.

Векторная диаграмма:

Рис. 20.10.

Вывод: напряжение опережает ток на 90.

который преобразует энергию источника электрического тока в энергию электрического поля

конденсатора.

Схема:

Рис. 20.11.

По определению

где

амплитудное значение напряжения.

Далее:

где XC – емкостное реактивное сопротивление конденсатора.

Таким образом запишем закон Ома:

отстает от тока на 90.

тока
Схема:
Рис. 20.14.
Запишем второй закон Кирхгофа для этой цепи. Результирующее напряжение

равно:
U=Ur+UL+UC.
Ток i=ir=iL=iC. Опорный вектор – ток.

Рис. 20.15

Из векторной диаграммы следует:

U2=U2r+(UL+UC)2 или
(IR)2=(Ir)2+I2(XL-XC)2
R2=r2+(XL-XC)=Z, тогда

закон Ома для цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление, индуктивность и емкость.

К оглавлению

последовательного соединения активного сопротивления, индуктивности и емкости в цепи переменного

тока (рис. 20.14).
Определим угол сдвига фаз:

– в цепи преобладает индуктивная нагрузка (>0); напряжение опережает ток по фазе.
– в цепи преобладает емкостная нагрузка (<0); напряжение отстает от тока по фазе.
– емкостная и индуктивная нагрузки равны (=0); напряжение совпадает с током по фазе. При этом из закона Ома следует, что ток в цепи будет максимальным (резонанс напряжений).

L и C).
Частотный резонанс (меняется частота колебаний):

цепи.
Ток в неразветвленной части цепи равен:

Ома для параллельной цепи, содержащей сопротивление, индуктивность и емкость.

опережает ток по фазе.
bL

емкостной (>0). Напряжение отстает от тока по фазе.
bL=bC – проводимости равны. (=0). Напряжение совпадает с током по фазе. При этом из закона Ома следует, что ток в цепи будет минимальным (резонанс токов).

Условие резонанса токов:

К оглавлению

передачи электроэнергии на большие расстояния от источника к потребителю служат

линии электропередач (ЛЭП). При этом приходится решать ряд научно - технических задач, одна из которых состоит в уменьшении потерь электроэнергии при ее передаче к потребителю. Эта задача решается путем трансформации напряжения. Трансформация напряжения заключается в изменении величины передаваемого напряжения без существенного изменения мощности электрического тока. Для этой цели служит устройство, называемое трансформатором.
В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника и двух намотанных на него обмоток (катушек) – первичной и вторичной (рис. 20.18). Сердечник, в свою очередь состоит из тонких плотно склеенных между собой листов электротехнической стали и служит для передачи магнитного потока от первичной катушки ко вторичной. Электротехническая сталь обладает способностью к быстрому перемагничиванию без насыщения и называется магнитомягкой.

Е2, создаваемые в первичной и вторичной катушках выражаются формулами
где w1

и w2 – число витков в первичной и вторичной катушках трансформатора соответственно.

По второму правилу Кирхгофа напряжения на первичной и вторичной обмотках

Тогда получим

коэффициент трансформации

Например, при передаче электроэнергии от электростанции в ЛЭП используются повышающие

трансформаторы и напряжения в ЛЭП составляют тысячи и миллионы вольт (отсюда и названия ЛЭП – 500 и т. д.). Наоборот, т. к. бытовые приборы (потребители электроэнергии) рассчитаны на низкое напряжение (220 В) необходимо последовательно понизить высокое напряжение в ЛЭП через сеть распределительных подстанций районного и местного значения до напряжения, используемого потребителями электроэнергии.

Рис. 20.19.

К оглавлению