7.Работа емкости в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

Конденсатор в цепи постоянного тока ведет себя наоборот по сравнению с индуктивностью. Его сопротивление в момент подачи напряжения равно почти нулю и ток в цепи ограничен только токоограничительным резистором R. Соответственно, напряжение в первый момент на емкости нулевое. Постепенно сопротивление конденсатора постоянному току возрастает, ток в цепи падает, а конденсатор постепенно "берет на себя" все напряжение источника. После зарядки напряжение конденсатора равно напряжению источника, только в обратной полярности. Такие схемы получили название схем замещения (рис 3а). Из нее видно, что источник напряжения и конденсатор представляют из себя как бы две батарейки, включенные не последовательно(иначе напряжения сложились бы, что противоречило бы имеющемуся нулевому току), а навстречу друг другу. В электрической цепи, содержащей емкостной элемент, электрические заряды могут не только перемещаться по ее элементам, но также накапливаться в них, создавая запас энергии W = CU²/2.

8.Работа индуктивности в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

Если в электрическую цепь включить индуктивность, то она будет препятствовать мгновенному появлению полного тока в отличие от резистора. Здесь для примера R = 3Ома, L = 0,1Гн. В момент включения сопротивление катушки будет велико и она возьмет на себя все напряжение источника, а ток будет нулевым. Постепенно сопротивление катушки будет уменьшаться, напряжение на ней будет также уменьшаться, а ток через нее возрастать. В конце концов сопротивление катушки станет почти нулевым, а ток максимамальным и его величина будет ограничена лишь резистором R, выполняющим в данном случае роль ограничительно сопротивления в тот момент, когда сопротивление катушки станет нулевым, чтобы не возникло короткого замыкания. Это явление получило название самоиндукции. Она препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении. Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав цепь из катушки, резистора и двух ламп(рис.2а). Резистор должен иметь такое же сопротивление, как и провод катушки. Опыт покажет, что при замыкании цепи лампа, включенная последовательно с катушкой, загорить позже, чем включенная с резистором. Нарастанию тока будет препятствовать явление самоиндукции, р ассмотренная на рис.2. При отключении вспыхнут обе лампы. Резкому убыванию тока будет препятствовать все та же самоиндукция. Протекание тока в электрической цепи, содержащей индуктивность, сопровождается возникновением магнитного поля в окружающей среде. Магнитному полю присуща энергия, равная работе, совершаемой электрическим током I в процессе создания поля и численно равная W = LI²/2.

9.Работа резистивного элемента в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.

В резистивных элементах электрическая энергия преобразуется в тепловую. По своему действию на ток сопротивления подразделяются на активное, индуктивное и реактивное. Активное сопротивление R на схемах обозначаются как резисторы, индуктивные L как катушки индуктивности, а реактивные C как конденсаторы. В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. XL = ωL. Величина xL линейно зависит от частоты.

XC = 1 / ωC. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Просто реактивным сопротивлением цепи называют величину X = XL - XC.

Соотношение между комплексными значения тока и напряжения для резистивного элемента наглядно иллюстрируется векторной диаграммой. Из векторной диаграммы также видно, что векторы комплексных значений тока и напряжения резистивного элемента совпадают по фазе. На диаграмме это показано стрелками тока и напряжения в одном напряжении с разностью в 0°, т.е. ψi = ψu.

Полное сопротивление. Полным сопротивлением цепи называют величину .

По аналогии с мощностью в цепях постоянного тока P = U I, в цепях переменного тока рассматривают мгновенную мощность p = u i. 

Мощность за период Т:

.

,