Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток

  Автор:
  Комментариев нет
  3959

Вращение рамки в магнитном поле

 

вращение рамки в магнитном поле

Колебания, возникающие в колебательной системе под действием периодически изменяющихся внешних сил, называются вынужденными. Примером вынужденных электромагнитных колебаний является переменный электрический ток.

 

Ток, изменяющийся по направлению и величине по гармоническому закону, называется переменным.

 

Наиболее простой способ получения переменного тока — использовать явление электромагнитной индукции.

 

ЭДС индукции возникает в том случае, если меняется поток вектора магнитной индукции. Магнитной поток Ф=BScosa  может измениться, если изменяется:

— магнитное поле В,

— площадь контура S

— угол   между нормалью и магнитным полем

Наиболее простой способ изменять поток, меняя угол, вращать рамку с постоянной угловой скоростью.

 

Вынужденные электромагнитные колебания

 

При вращении рамки в магнитном поле периодически меняется поток магнитной индукции, пронизывающий рамку. В рамке наводится переменная ЭДС индукции. Если цепь замкнута, то возникает индукционный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через 1/2 Т — по направлению.

изменение эдс в рамке

Т. о. в рассматриваемом случае получаем изменение ЭДС, напряжение и силы тока:

изменение параметров переменного тока

где  φ -разность фаз между колебаниями тока и напряжения.

 

Электрическая цепь с активной нагрузкой

 

Электрические устройства, необратимо преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями (высокоомные провода, спирали нагревательных приборов, резисторы).

цепь с активной нагрузкой

Мгновенное значение напряжения меняется по гармоническому закону:

формула изменения напряжения

Мгновенное значение силы тока пропорционально мгновенному значению напряжения и совпадает по фазе:

  формула изменения силы тока

В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения по фазе.

 

Закон Ома для цепи с активным сопротивлением:

закон Ома для активного сопротивления

 

Электрическая цепь с емкостным сопротивлением

 

Электрическое устройство обратимо преобразующее энергию источника тока в энергию электрического поля конденсатора называют емкостным сопротивлением.

Конденсатор в цепи переменного тока обладает емкостным сопротивлением.

конденсатор в цепи переменного тока

Мгновенное значение напряжения:

мгновенное значение напряжения

Мгновенное значение силы тока:

мгновенное значение силы тока

Колебания тока отстают от колебаний напряжения по фазе на  π /2.

Емкостное сопротивление равно:

емкостное сопротивление

Закон Ома для цепи с емкостным сопротивлением:

закон Ома для цепи с емкостным сопротивлением

Физический смысл: емкостное сопротивление обусловлено протеканием токов зарядки и разрядки конденсатора, т. е. изменению переменного тока в любое мгновение противодействует электрическое поле между обкладками конденсатора.

 

Электрическая цепь индуктивным сопротивлением

 

Электрическое устройство обратимо преобразующее энергию источника тока в энергию магнитного поля катушки называется индуктивным сопротивлением.

Электродвигатели, электромагниты, трансформаторы обладают индуктивным сопротивлением.

цепь с индуктивным сопротивлением

Мгновенное значение силы тока:

Мгновенное значение напряжения:

Напряжение опережает ток по фазе на  π /2.

Индуктивное сопротивление равно:

индуктивное сопротивление

Закон Ома для цепи с индуктивным сопротивлением:

Закон Ома для цепи с индуктивным сопротивлением

Физический смысл: индуктивное сопротивление связано с существованием ЭДС самоиндукции в цепи переменного тока, которая в любое мгновение времени противодействует изменению силы тока.

ЭДС самоиндукции — причина индуктивного сопротивления.

 

Резонанс

Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тока при совпадении собственной частоты электрической цепи с частотой периодически действующей ЭДС:

условие резонанса

Резонанс в цепи будет зависеть от ω  и будет максимален при частоте, отвечающей условию:

         

резонансная кривая

При увеличении сопротивления цепи вероятность наступления резонанса уменьшается. При больших сопротивления резонанс в цепи не наступает.

Скачать урок

Переменный электрический ток (получение, передача и использование электрической энергии)

 

Опорный конспект:

vemk

 

Вопросы для самоконтроля по блоку “Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный электрический ток”:

  1. Какой ток называют переменным?
  2. Какое явление было использовано в получение переменного электрического тока?
  3. Напишите уравнения гармонического изменения потока магнитной индукции, ЭДС индукции, силы тока и напряжения. Дайте определение всем величинам, входящих в эти уравнения.
  4. При каких условиях закон Ома справедлив для переменного тока в той же форме, что и для постоянного тока?
  5. Почему катушка, включенная в цепь переменного тока, влияет на силу тока?
  6. От чего зависит индуктивное сопротивление?
  7. Как влияет катушка индуктивности в цепи переменного тока на разность фаз тока и напряжения?
  8. Почему конденсатор в цепи переменного тока влияет на силу тока?
  9. Чем обусловлена разность фаз тока и напряжения при наличии конденсатора в цепи переменного тока?
  10. От чего зависит емкостное сопротивление?

 

Интересная статья? Поделитесь ею пожалуйста с другими:
Подписаться на обновления