Вопрос №4. Анализ идеальных однофазных электрических цепей (25 мин.)

В цепи постоянного тока при неизменном напряжении источника питания и параметрах цепи ток, мощность и энергия электрического и магнит­ного полей остаются постоян­ными.

Явления, происходящие в цепях переменного тока, су­щественно отличаются от процессов в цепях постоянного тока.

При изучении электрических цепей необходимо по­мнить, что электрический ток неразрывно связан с магнитным полем. Таким образом, при возникновении тока в электрической цепи и в окружающей среде имеются магнитное и электрическое поля.

В реальных цепях электрическое и магнитное поля распределены вдоль всей цепи. Но равномерное распределение полей встречается редко, например в ЛЭП. Как правило, магнитное и электрическое поля распределяются вдоль цепи не­равномерно, причем на одних участках резко выра­жены магнитные поля (индуктивные катушки), на других – электрические (конденсаторы). Имеются также участки цепей, где происходит в основном пре­образование электромагнитной энергии в тепловую (резисторы).

При переменном напряжении на выводах цепи прохо­дит переменный ток, изменяются электрическое поле и его энергия, магнитное поле этого тока и запасенная в нем энер­гия, в цепи возникает ЭДС самоиндукции. При этом изменяется и мощность, характеризующая скорость преобразования электрической энергии в тепловую (механическую, химиче­скую и т. д.)

Электрическая цепь, в которой происходит преобразова­ние электрической энергии в тепловую и в которой проис­ходит изменение энергии электрического и магнитного по­лей, характеризуется тремя основными параметрами: со­противлением R, емкостью С и индуктивностью L.

Наряду с цепями, обладающими всеми указанными па­раметрами, встречаются цепи, в которых преобладает один из них (r, L или С), тогда как другие параметры выявлены слабо и их влиянием можно пренебречь. Например, одну или несколько ламп накаливания, присоединенных к сети с частотой 50 Гц короткими соединительными проводами, можно рассматривать как сопротивление r, так как влия­ние остальных параметров на процессы в этой цепи ничтож­но. То же можно сказать и о цепях с нагревательными при­борами и реостатами.

Цепь ненагруженного трансформатора во многих слу­чаях можно рассматривать как индуктивность L, а кабель, работающий без нагрузки, – как емкость С.

Таким образом, при изучении цепей переменного тока приходится сталкиваться с понятием активного и реактивного сопротивлений.

Активным называют сопротивление участка, если оно уменьшает ток в цепи, препятствует движению зарядов и одновременно отбирает у них часть мощности. Но разве бывает иначе? Разве может какой-либо элемент цепи препятствовать электрическому току и в то же время не отбирать у него энергию? Оказывается, может. Понятие «активное сопротивление» понадобилось именно потому, что есть, оказывается, элементы электрических цепей, которые оказывают сопротивление току, но мощности при этом не отбирают. О таких элементах говорят, что у них реактивное сопротивление.

Активноесопротивление – сопротивление, непрерывно потребляющее энергию (резистор, лампа накаливания, электронагревательный прибор).

Реактивное сопротивление – сопротивление, которое в среднем не потребляет энергии (катушка индуктивности и конденсатор).

4.1. Цепь с активным сопротивлением

Активное сопротивление – сопротивление участка цепи переменному току, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную работу или в тепловую энергию (рис. 21).

Примерами активных сопротивлений служат электрические лампы накаливания, электронагревательные приборы.

Рис. 21. Цепь с активным сопротивлением

Рассмотрим цепь переменного тока с активным сопротивлением. В такой цепи под действием переменного напряжения протекает переменный ток. Если цепь обладает только сопротивлением R, и на входе ее действует синусоидально изменяющееся напряжение (источника питания или сети) , то по закону Ома ток

.

Дата добавления: 2014-01-07