Конспект № 3/2.2

Подключим к источнику постоянного напряжения цепь, состоящую из конденсатора большой емкости, амперметра и вольтметра. В момент замыкания цепи стрелка амперметра отклоняется на несколько делений, а затем возвращается в нулевое положение. Если подобную цепь (но с амперметром переменного тока) подключить к источнику переменного тока, можно заметить, что в цепи непрерывно протекает ток.

Соберем цепь, подключив один из входов двухлучевого осциллографа к источнику переменного тока (к конденсатору), можно наблюдать, как изменяется напряжение в цепи. Для наблюдения осциллограммы тока второй вход осциллографа подключим параллельно активному сопротивлению, напряжение на котором пропорционально силе тока в цепи. Опыт свидетельствует, что колебания силы тока и колебания напряжения не совпадают по фазе. Внимательный анализ осциллограмм показывает, что колебания силы тока и колебания напряжения в цепи с конденсатором сдвинуты по фазе на . При этом колебания силы тока опережают по фазе от колебания напряжения.

Вероятно, происходит перезарядка конденсатора. Когда конденсатор заряжается, на его пластинах появляются электрические заряды, затем конденсатор разряжается, затем вновь заряжается и т.д.

Мы знаем напряжение на конденсаторе будет равно напряжению на концах цепи. Следовательно, .

Сила тока, представляющая собой производную заряда по времени, равна: . .

Подобно закону Ома для цепи постоянного тока , действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и обратным произведением циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, если вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения. Таким образом, это обратное произведение можно назвать емкостным сопротивлением R_С. Зависимость емкостного сопротивление от частоты переменного тока и электроемкости конденсатора можно показать экспериментально.

Соберем цепь, состоящую из звукового генератора, конденсатора и лампочки. Увеличивая емкость конденсатора, заметим, что увеличивается и яркость свечения лампочки. Это свидетельствует об уменьшении емкостного сопротивления. Наоборот, с уменьшением емкости конденсатора яркость свечения лампочки уменьшается, что свидетельствует об уменьшении силы тока и увеличении емкостного сопротивления. При увеличении частоты наблюдается увеличение силы тока в цепи и, следовательно, уменьшение емкостного сопротивления. При уменьшении частоты сила тока уменьшается, что свидетельствует об увеличении емкостного сопротивления.

Таким образом, результаты опыта находятся в согласии с формулой емкостного сопротивления.

Конспект № 4/1

Название.

Трансформатор.

Назначение.

C помощью его производится преобразование переменного напряжения и тока без изменения его частоты и практически без потери мощности.

Схема устройства.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника (ферромагнит) и двух (иногда и более) катушек с проволочными обмотками. Одна из обмоток называется первичной, другая – вторичной. Существует условное обозначение трансформатора.

Принцип работы.

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции.

ХОЛОСТОЙ ХОД. Мгновенное значение ЭДС индукции в любом витке первичной или вторичной обмотки одинаково, согласно закону Фарадея. Пусть первичная обмотка содержит N₁ витков, а вторичная – N₂. Найдем отношение ЭДС первичной к вторичной обмотке. Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции. Мгновенные значения изменяются синфазно, поэтому их можно заменить на действующие учитывая равенства. Величина K называется коэффициентом трансформации. При K>1 трансформатор является понижающим, а при K<1 – повышающим.

Процесс работы.

РАБОЧИЙ ХОД. Если пренебречь потерями энергии в трансформаторе, то мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи. Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Область применения.

Широкое применение получили трансформаторы при передаче электрической энергии (ЛЭП). Разновидностью трансформатора является сварочный трансформатор, индукционная печь.

Конспект № 4/2

Название.

Генератор переменного тока.

Назначение.

Электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. В современной энергетике применяют индукционные генераторы переменного тока, в которых используется явление электромагнитной индукции. Они служат для выработки переменного тока небольшой частоты.

Схема устройства.

Генератор переменного тока состоит из ротора – один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси, статора – неподвижный сердечник с его обмоткой, контактных колец – скользящие контакты на концах обмотки ротора, щеток – неподвижные пластины прижаты к кольцам (осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью).

Принцип работы.

При равномерном вращении ротора с угловой скоростью угол увеличивается прямо пропорционально времени. Поэтому магнитный поток через контур катушки изменяется гармонически. В обмотке статора при этом будет наводиться индукционное электрическое поле с ЭДС.

Процесс работы.

Таким образом, при равномерном вращении ротора, имеющего одну пару полюсов, с частотой в обмотке статора индуцируется переменное электрическое поле, ЭДС которого изменяется гармонически с такой же частотой.

Область применения.

Наибольшее распространение генераторы переменного тока получили в энергетике.