![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Переменный ток
,. Индуктивность, подобно электроёмкости, зависит от геометрических факторов: размеров проводника и его формы, но не зависит непосредственно от силы тока в проводнике. Кроме того, индуктивность зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник. Единицу индуктивности называют Генри, которая обозначается Гн. Из формулы (10.4.1) следует, что индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нём при изменении силы тока на 1 А за 1с возникает ЭДС самоиндукции 1 В. Явление самоиндукции играет очень важную роль в электротехнике и радиотехнике. Индуктивность цепи оказывает существенное влияние на прохождение по цепи переменного электрического тока. Если через катушку протекает переменный ток, то меняется и магнитный поток, пронизывающий катушку. Поэтому возникает ЭДС индукции в той же самой катушке, по которой идёт переменный ток. Это явление называют самоиндукцией. При самоиндукции проводящий контур выполняет две функции: по нему протекает ток, вызывающий индукцию, и в нём же появляется ЭДС самоиндукции Это приводит к тому, что при замыкании цепи, содержащей источник постоянной ЭДС, определённое значение силы тока устанавливается не сразу, а постепенно с течением времени. С другой стороны, при отключении источника ток в замкнутых контурах прекращается не мгновенно. Возникающая при этом ЭДС самоиндукции может превышать ЭДС источника, так как изменение тока и его магнитного поля происходит очень быстро. Явление самоиндукции можно наблюдать на простых опытах. На рис.10.5а показана схема параллельного соединения двух одинаковых ламп. Одну из них подключают к источнику через резистор R, а другую - последовательно с катушкой L с железным сердечником.
Рис. 10.5. Объяснение явления самоиндукции (а), Схема цепи в опыте по определению ЭДС самоиндукции при размыкании цепи (б). Из рис.10.5 видно, что по физическому смыслу индуктивность подобна массе, то есть меры инертности. Инертность электронов, поскольку они обладают определенной массой, не позволяет их разогнать мгновенно. Скорость они набирают постепенно. Поэтому ток не становится в катушке индуктивности максимальным мгновенно. Тоже происходит и при размыкании цепи. Электроны в проводнике останавливаются не сразу. Поэтому ток в проводнике не исчезает мгновенно. Появление ЭДС самоиндукции при размыкании можно наблюдать на опыте с цепью, схематически показанной на рисунке 10.5б. При размыкании ключа в катушке c индуктивностью L возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая первоначальный ток (направление сплошной стрелки). В результате в момент размыкания через гальванометр (обозначенный на рис.10.5б буквой А) течёт ток (пунктирная стрелка), направленный против начального тока до размыкания. Сила тока при размыкании цепи может превышать силу тока, проходящего через гальванометр при замкнутом ключе. Это означает, что ЭДС самоиндукции Под переменным током понимают любой ток, изменяющийся во временем. Обычно переменным током называют ток, изменяющийся по гармоническому закону. Как оказывается, переменный ток может протекать не только по цепи с активным (обычным) сопротивлением, но и по цепи, имеющей конденсатор. Используя закон Ома, введем понятия емкостного и индуктивного сопротивлений для тока с амплитудой I0 и частотой ω, изменяющегося по гармоническому закону:
Воспользуемся законом Фарадея (10.4.1):
видно, что величина Lω согласно закону Ома имеет размерность сопротивления Аналогично емкостное сопротивление
Подставляя (10.5.4) в (10.5.3) получаем значение падения напряжения
В случае наличия емкости в цепи переменного тока максимальное напряжение на конденсаторе будет достигнуто, когда на него прекратит натекать заряд, то есть ток будет равен нулю. Это описывает формула (10.5.5) и рис10.6.б. На рис.10.6 представлено смещение по фазе переменного тока относительно напряжения в электрической цепи с индуктивностью (а) и емкостью (б). Как видно на рис.10.6а, максимумы и минимумы на пунктирной синусоиде, описывающей величину тока, возникают позже и поэтому смещены вправо. То есть ток отстает по фазе от напряжения. Аналогично на рис.10.6б ток опережает по фазе напряжение. а) б) Рис 10.6. Смещение тока по по фазе при наличии индуктивности (а) и емкости (б) в цепи переменного тока.
Откуда емкостное сопротивление имеет вид:
Возникновение емкостного сопротивления объясняется колебанием заряда на обкладках конденсатора, между которыми происходит колебание электрического поля. В отличие от активного сопротивления Вычислим сопротивление цепи, включающей активное, емкостное и индуктивное сопротивления одновременно (рис.10.7а). Правило сложения этих сопротивлений отличается от сложения активных сопротивлений. С этой целью используют оси координат, по одной из которых (обычно по оси Y) откладываются падения напряжений или токи на реактивных сопротивлениях, по другой (оси X) – на активном сопротивлении. Как видно на рис.10.7б, суммарное сопротивление Z цепи переменного тока описывается вектором, проекциями которого на оси X и Y являются соответственно активное и реактивные сопротивления. На рис.10.7 ось Х описывает действительные числа (активное сопротивление), а осьY описывает мнимые числа. По ней откладывают значения реактивных сопротивлений, каковыми являются емкостное и индуктивное сопротивления. Полное падение напряжения цепи на рис10.7а вычисляется сложением квадратов реактивного и активного напряжений по теореме Пифагора:
Подставляя выражения для сопротивлений и ток в соотношение (10.5.7), а также учитывая, что ток на емкости индуктивности направлен в противоположные стороны,, получаем:
Откуда полное сопротивление цепи переменного тока (рис.10.7б), называемое импедансом, описывается выражением:
Фаза суммарного напряжения этой цепи оказывается сдвинутой относительно фазы тока и напряжения на активном сопротивлении. Она определяется выражением:
По смыслу сопротивление цепи переменного тока возникает из-за потерь электрической энергии на активном сопротивлении, а также в результате возникновения переменного электрического и магнитного полей. Такие емкости и индуктивности в технике в некоторых случаях носят паразитный характер, образуя при этом дополнительный колебательный контур. Его элементами могут быть помещения, металлические конструкции и электрические приборы, электрические провода. В этом случае они становятся причиной возникновения токов утечки, наводок, например в кабеле телевизионной антенны. Емкость, например, используется для определения появления в заданном объеме посторонних предметов в охранных сигнализациях. В этих случаях емкость системы меняется, возникает ток, и срабатывает сигнализация. Эффективное значение переменного тока в цепи на рис.10.7 составляет:
а) б) Рис. 10.7. RLC- контур в цепи переменного тока.
Из выражения (10.5.9) видно, что значение эффективного тока
В этом случае частота колебаний в контуре будет равна собственной частоте свободных колебаний:
В электрической цепи возникает резонанс. Это хорошо понятно на примере, когда мы настраиваем приемник на какую-нибудь радиостанцию. В некоторый момент, вращая ручку настройки, которая представляет собой переменный конденсатор, мы меняем емкость в колебательном контуре. Когда собственная частота нашего контура начинает приближаться к частоте, на которой вещает радиостанция, громкость начинает возрастать. В случае резонанса происходит совпадение частот колебательного контура приемника и радиовещательной станции. Тогда слышимость в приемнике становится максимальной. Далее она опять начинает уменьшаться.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 805; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |