Величины характеризующие ток и напряжение в цепях переменного тока: Величины, характеризующие переменный ток — урок. Физика, 8 класс.

18.Назовите основные величины, характеризующие переменный ток.

i = I_m
sinω t

Амплитуда
(I_m)
— это наибольшее положительное или
отрицательное значение переменного
тока. Величина ω, стоящая под знаком
синуса, является угловой скоростью.
Произведение угловой скорости на время
(ωt) представляет собой угол, возрастающий
со временем.

К
роме
амплитуды, переменный ток характеризуется
такими величинами, как период, частота,
действующее значение

.Периодом
(T) называется время, в течение которого
происходит полное изменение (колебание)
тока в проводнике.

Ч
астотой
(f) называется величина, выражающаяся
числом полных колебаний тока за одну
секунду. Частота измеряется в герцах
(Гц). При частоте в 1 Гц происходит одно
полное колебание тока за одну секунду.

19. как получают
переменный ток

О
бычный
способ получения переменного тока
заключается в том, что при вращении
рамки в однородном магнитном поле в ней
возникает электродвижущая сила, которая
по закону Фарадея равна

2
0.
Расскажите об изображении переменных
величин в синусоидальной и векторной
форме.

21.
Изобразите цепь переменного тока с
чисто активным сопротивлением. Запишите
закон Ома и постройте векторную диаграмму

22.
Изобразите цепь переменного ток с чисто
индуктивным сопратевлением. Запишите
закон Ома и постройте векторную
диаграмму.

.

23.
Изобразите цепь переменного ток с чисто
емкостным сопратевлением. Запишите
закон Ома и постройте векторную
диаграмму.

24.Изобразите цепь
переменного тока с последовательным
соединением активного, индуктивного
и емкостного сопротивлений. Запишите
закон Ома и постройте векторную диаграмму.

I=U/X_общ

25. Расскажите о
резонансе напряжений

Резонанс напряжений
— резонанс, происходящий в последовательном
колебательном контуре при его подключении
к источнику напряжения, частота которого
совпадает с собственной частотой
контура.

Описание явления

Пусть имеется
колебательный контур с частотой
собственных колебаний f, и пусть внутри
него работает генератор переменного
тока такой же частоты f.

В начальный момент
конденсатор контура разряжен, генератор
не работает. После включения напряжение
на генераторе начинает возрастать,
заряжая конденсатор. Катушка в первое
мгновение не пропускает ток из-за ЭДС
самоиндукции. Напряжение на генераторе
достигает максимума, заряжая до такого
же напряжения конденсатор. Далее:конденсатор
начинает разряжаться на катушку.
Напряжение на нем падает с такой же
скоростью, с какой уменьшается напряжение
на генераторе. Далее: конденсатор
разряжен до нуля, вся энергия электрического
поля, имевшаяся в конденсаторе, перешла
в энергию магнитного поля катушки. На
клеммах генератора в этот момент
напряжение нулевое. Далее: так как
магнитное поле не может существовать
стационарно, оно начинает уменьшаться,
пересекая витки катушки в обратном
направлении. На выводах катушки появляется
ЭДС индукции, которое начинает перезаряжать
конденсатор. В цепи колебательного
контура течет ток, только уже противоположно
току заряда, так как витки пересекаются
полем в обратном направлении. Обкладки
конденсатора перезаряжаются зарядами,
противоположными первоначальным.
Одновременно растет напряжение на
генераторе противоположного знака,
причем с той же скоростью, с какой катушка
заряжает конденсатор.

Далее: катушка
перезарядила конденсатор до максимального
напряжения. Напряжение на генераторе
к этому моменту тоже достигло максимального.

Возникла следующая
ситуация. Конденсатор и генератор
соединены последовательно и на обоих
напряжение, равное напряжению генератора.
При последовательном соединении
источников питания их напряжения
складываются.

Следовательно, в
следующем полупериоде на катушку пойдет
удвоенное напряжение (и от генератора,
и от конденсатора), и колебания в контуре
будут происходить при удвоенном
напряжении на катушке.

В контурах с низкой
добротностью напряжение на катушке
будет ниже удвоенного, так как часть
энергии будет рассеиваться (на излучение,
на нагрев) и энергия конденсатора не
перейдет полностью в энергию катушки).
Соединены как бы последовательно
генератор и часть конденсатора.

Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения силы тока и напряжения. Школьный курс физики

Главная | Физика 11 класс | Резистор в цепи переменного тока

Резистор в цепи переменного тока.

Пусть электрическая цепь состоит из проводников (резисторов) с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Например, такой цепью может быть нить накаливания электрической лампы и подводящие к ней провода. Величину R, которую мы до сих пор называли сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением. Итак, в цепи имеется резистор, активное сопротивление которого R, а катушка индуктивности и конденсатор отсутствуют (рис. 6.17).

Рис. 6.17

Напряжение на концах цени меняется но гармоническому закону:

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому можно считать, что мгновенное значение силы тока определяется законом Ома:

Следовательно, в проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения (рис. 6.18), а амплитуда колебаний силы тока:

Рис. 6.18

При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты. Можно считать, что оно практически совпадает с сопротивлением в цепи постоянного тока.

Действующие значения силы тока и напряжения.

При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность переменного тока равна р = i ²R.

C учётом формулы (1) можно записать:

Понятно, что мгновенная мощность с течением времени непрерывно изменяется. Определим среднюю мощность переменного тока, выделяемую на резисторе за период:

Среднее значение функции sin² ωt за период равно 1/2, поэтому

Данная формула позволяет ввести физические величины, характеризующие переменный ток с точки зрения мощности.

Действующим значением I силы переменного тока называют квадратный корень из среднего квадрата силы тока:

Действующее значение переменного напряжения определяется подобным образом:

В формулах (2) и (3) I_m и U_m — амплитудные значения силы переменного тока и переменного напряжения.

Средняя мощность переменного тока при совпадении фаз колебаний силы тока и напряжения равна произведению действующих значений силы тока и напряжения:

Формулы (4), полученные через действующие значения, полностью аналогичны формулам для мощности постоянного тока (см. § 5 «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля — Ленца»).

Отметим, что амперметр может измерять силу тока только в цепях постоянного тока. При включении его в цепь переменного тока он покажет нуль. «Это связано с тем, что стрелка обладает инертностью и не успевает отклоняться в такт с изменением силы тока. Поэтому амперметры и вольтметры градуируют таким образом, чтобы они показывали действующее значение силы тока и напряжения. Конечно, можно было бы охарактеризовать силу тока и напряжение амплитудами, а не действующими значениями. Но действующие значения непосредственно определяют мощность переменного тока в цепи.

Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в цепи такое же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

Вопросы:

1. Какое сопротивление называют активным?

2. Как соотносятся между собой фазы колебаний силы переменного тока в резисторе и переменного напряжения между его выводами?

3. Чем определяется мощность в цепи переменного тока?

4. Что называют действующим значением:

а) силы переменного тока;

б) переменного напряжения?

5. Почему амперметры и вольтметры градуируют в действующих значениях силы тока и напряжения?

Вопросы для обсуждения:

1. Что покажет вольтметр при его включении в цепь переменного тока?

2. В чём состоит отличие амперметров и вольтметров для переменного и постоянного токов?

Пример решения задачи

Сила переменного тока в электрической цепи изменяется по закону i(t) = 0,564sin 4πt (А). Какое количество теплоты выделится в проводнике с активным сопротивлением 15 Ом за время, равное 10 периодам колебаний тока?

Таким образом, нас интересует количество теплоты, выделившееся в проводнике за Δt = 10T = 5 с.

В проводнике выделится такое же количество теплоты, как если бы по нему протекал не переменный, а постоянный ток, такой что

По закону Джоуля — Ленца:

Подставляя числовые данные, получим:

Ответ: Q = 12 Дж.

Упражнения:

1. В цепь переменного тока стандартной частоты с действующим значением напряжения 220 В включено активное сопротивление, равное 50 Ом. Найдите действующее и амплитудное значения силы тока. Запишите уравнения зависимости напряжения и силы тока от времени.

2. На участке цепи с активным сопротивлением 4 Ом сила тока изменяется по закону i(t) = 6,4sin10πt (А). Определите действующее значение силы тока и мощность, выделяющуюся на этом участке. Запишите уравнение зависимости u = u(t).

3. Напряжение в сети изменяется по закону u(t) = 310sin10πt (В). Какое количество теплоты отдаёт за 1 мин электрическая плитка с активным сопротивлением 60 Ом, включённая в эту сеть?

Предыдущая страницаСледующая страница

электричество | Определение, факты и типы

электрическая сила между двумя зарядами

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Томас Эдисон
Рукс Эвелин Белл Кромптон
Эдвард Уэстон
Чарльз Фрэнсис Браш
Флиминг Дженкин

Похожие темы:

биоэлектричество
термоэлектричество
электрический потенциал
электролиз
электрофорез

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

электричество , явление, связанное с неподвижными или движущимися электрическими зарядами. Электрический заряд является фундаментальным свойством материи и переносится элементарными частицами. В электричестве задействованной частицей является электрон, несущий заряд, условно обозначаемый как отрицательный. Таким образом, различные проявления электричества являются результатом накопления или движения множества электронов.

Электростатика — это изучение электромагнитных явлений, происходящих при отсутствии движущихся зарядов, т. е. после установления статического равновесия. Заряды быстро достигают своего положения равновесия, потому что электрическая сила чрезвычайно велика. Математические методы электростатики позволяют рассчитывать распределения электрического поля и электрического потенциала по известной конфигурации зарядов, проводников и изоляторов. И наоборот, по набору проводников с известными потенциалами можно рассчитать электрические поля в областях между проводниками и определить распределение заряда на поверхности проводников. Электрическую энергию набора зарядов в состоянии покоя можно рассматривать с точки зрения работы, необходимой для сборки зарядов; в качестве альтернативы можно также считать, что энергия находится в электрическом поле, создаваемом этим набором зарядов. Наконец, энергию можно хранить в конденсаторе; энергия, необходимая для зарядки такого устройства, запасается в нем в виде электростатической энергии электрического поля.

Изучите, что происходит с электронами двух нейтральных объектов, потертых друг о друга в сухой среде

Просмотреть все видео к этой статье

Статическое электричество — это известное электрическое явление, при котором заряженные частицы переходят от одного тела к другому. Например, если два предмета потереть друг о друга, особенно если эти предметы являются изоляторами, а окружающий воздух сухой, предметы приобретают равные и противоположные заряды, и между ними возникает сила притяжения. Объект, потерявший электроны, становится положительно заряженным, а другой — отрицательно заряженным. Сила — это просто притяжение между зарядами противоположного знака. Свойства этой силы были описаны выше; они включены в математическое соотношение, известное как закон Кулона. Электрическая сила на заряде Q ₁ при этих условиях за счет заряда Q ₂ на расстоянии r дается законом Кулона,

Жирные буквы в уравнении указывают на векторный характер силы, а единичный вектор r̂ — это вектор размера 1, который указывает от заряда Q ₂ до заряда Q ₁ . Константа пропорциональности k равна 10 ⁻⁷ c ² , где c — скорость света в вакууме; k имеет числовое значение 8,99 × 10 ⁹ ньютонов-квадратный метр на кулон в квадрате (Нм ² /C ² ). На рисунке 1 показано усилие на Q ₁ из-за Q ₂ . Числовой пример поможет проиллюстрировать эту силу. Оба Q ₁ и Q ₂ выбраны произвольно как положительные заряды, каждый с величиной 10 ⁻⁶ кулонов. Заряд Q ₁ расположен по координатам x , y , z со значениями 0.03, 0, 0 соответственно, а Q ₂ имеет координаты все.0.0, 0.0.0.0. координаты даны в метрах. Таким образом, расстояние между Q ₁ и Q ₂ составляет 0,05 метра.

Викторина «Британника»

Наука: правда или вымысел?

Вас увлекает физика? Устали от геологии? С помощью этих вопросов отделите научный факт от вымысла.

Величина силы F на заряде Q ₁ , рассчитанная по уравнению (1), составляет 3,6 ньютона; его направление показано на рис. 1. Сила, действующая на Q ₂ со стороны Q ₁ , равна − F , которая также имеет величину 3,6 ньютона; однако его направление противоположно направлению F . Сила F может быть выражена через ее компоненты вдоль x и y осей, так как вектор силы лежит в плоскости x y . Это делается с помощью элементарной тригонометрии из геометрии рисунка 1, а результаты показаны на рисунке 2. Таким образом, в ньютонах. Закон Кулона математически описывает свойства электрического взаимодействия между покоящимися зарядами. Если бы заряды имели противоположные знаки, сила была бы притягивающей; притяжение будет указано в уравнении (1) отрицательным коэффициентом единичного вектора руб. Таким образом, электрическая сила, действующая на Q ₁ , будет иметь направление, противоположное единичному вектору r̂ , и будет указывать от Q ₁ до 6 . В декартовых координатах это привело бы к изменению знаков обеих составляющих силы x и y силы в уравнении (2).

Как можно понять эту электрическую силу на Q ₁ ? Принципиально сила обусловлена ​​наличием электрического поля в положении Q ₁ . Поле создается вторым зарядом Q ₂ и имеет величину, пропорциональную размеру Q ₂ . При взаимодействии с этим полем первый заряд, находящийся на некотором расстоянии, либо притягивается, либо отталкивается от второго заряда в зависимости от знака первого заряда.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

15.

S: Цепи переменного тока (Резюме) — Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• OpenStax
• OpenStax

Основные термины

переменный ток	ток, который синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой
напряжение переменного тока	напряжение, которое синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой
переменный ток (ac)	поток электрического заряда, который периодически меняет направление
средняя мощность	Среднее значение мгновенной мощности за один цикл
пропускная способность	диапазон угловых частот, в котором средняя мощность превышает половину максимального значения средней мощности
емкостное реактивное сопротивление	противодействие конденсатора изменению тока
постоянный ток (пост. )	поток электрического заряда только в одном направлении
импеданс	ac аналог сопротивления в цепи постоянного тока, который измеряет комбинированный эффект сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления
реактивное сопротивление	противопоставление катушки индуктивности изменению тока
фазовый угол	Величина, на которую напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом в цепи
коэффициент мощности	величина, на которую мощность, подаваемая в цепь, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе
добротность	безразмерная величина, характеризующая остроту пика полосы пропускания; высокая добротность – острый или узкий резонансный пик
резонансная частота	частота, при которой амплитуда тока максимальна и цепь будет колебаться, если не будет управляться источником напряжения
действующее значение тока	среднеквадратичное значение текущего
Среднеквадратичное значение напряжения	среднеквадратичное значение напряжения
понижающий трансформатор	трансформатор, уменьшающий напряжение и увеличивающий ток
Повышающий трансформатор	трансформатор, увеличивающий напряжение и уменьшающий ток
трансформатор	устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора	уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках

Ключевые уравнения

Резюме

15.

2 Источники переменного тока

• Постоянный ток (постоянный ток) относится к системам, в которых напряжение источника является постоянным.
• Переменный ток (ac) относится к системам, в которых напряжение источника изменяется периодически, в частности, синусоидально.
• Источник напряжения системы переменного тока выдает напряжение, рассчитанное по времени, пиковому напряжению и угловой частоте.
• В простой цепи ток находится путем деления напряжения на сопротивление. Переменный ток рассчитывается с использованием пикового тока (определяемого путем деления пикового напряжения на сопротивление), угловой частоты и времени.

15.3 Простые цепи переменного тока

• Для резисторов ток и напряжение на них совпадают по фазе.
• Для конденсаторов мы обнаружили, что когда к конденсатору прикладывается синусоидальное напряжение, напряжение следует за током на одну четвертую периода. Поскольку конденсатор может останавливать ток при полной зарядке, он ограничивает ток и предлагает другую форму сопротивления переменному току, называемую емкостным реактивным сопротивлением, которое измеряется в омах.
• Для катушек индуктивности в цепях переменного тока мы обнаружили, что когда к катушке индуктивности прикладывается синусоидальное напряжение, напряжение опережает ток на одну четвертую периода.
• Противодействие катушки индуктивности изменению тока выражается в виде реактивного сопротивления переменного тока. Это индуктивное сопротивление, измеряемое в омах, зависит от частоты источника переменного тока.

15.4 Цепи серии RLC с переменным током

• Цепь серии RLC представляет собой последовательную комбинацию резистора, конденсатора и катушки индуктивности на источнике переменного тока.
• Один и тот же ток протекает через каждый элемент цепи серии RLC во все моменты времени.
• Аналогом сопротивления в цепи постоянного тока является импеданс, который измеряет комбинированное действие резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Максимальный ток определяется версией закона Ома для переменного тока.
• Импеданс измеряется в омах и определяется с помощью сопротивления, емкостного и индуктивного сопротивления.

15.5 Мощность в цепи переменного тока

• Средняя мощность переменного тока находится путем умножения среднеквадратичных значений тока и напряжения.
• Закон Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится путем деления среднеквадратичного значения напряжения на импеданс.
• В цепи переменного тока существует угол сдвига фаз между напряжением источника и током, который можно найти, разделив сопротивление на импеданс.
• На среднюю мощность, подаваемую в цепь RLC , влияет фазовый угол.
• Коэффициент мощности находится в диапазоне от –1 до 1.

15.6 Резонанс в цепи переменного тока

• На резонансной частоте индуктивное сопротивление равно емкостному.
• График зависимости средней мощности от угловой частоты для схемы RLC имеет пик, расположенный на резонансной частоте; резкость или ширина пика известна как ширина полосы.
• Полоса пропускания связана с безразмерной величиной, называемой добротностью. Высокое значение добротности – это острый или узкий пик.

15.7 Трансформаторы

• Электростанции передают высокое напряжение при малом токе для снижения омических потерь в многокилометровых линиях электропередачи.

Трансформаторы

• используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
• Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойолы Мэримаунт) и Билл Моебс со многими сотрудничающими авторами.