Фізика коливань

фаз між коливаннями зовнішньої ЕРС та силою струму в колі дорівнює нулю (рис. 272):

Рис. 272

При паралельному з’єднанні L і C (R1 і R2 → 0) відбувається резонанс струмів. Сила струму в розгалуженнях од-

накова, а фази протилежні, якщо однакові XL і XC. Струм у нерозгалуженій частині кола наближається до нуля

(рис. 273):

1 ,

LC

Imax1 = Imax2 і Imax = 0 (резонанс струмів).

Рис. 273

2.5. Випрямлення змінного струму

При однонапівперіодному випрямленні споживач і ді­ од­ з’єднуються послідовно. При цьому струм у споживачі­

296

2. Змінний струм

змінний­, пульсуючий, перервний (діод пропускає струм тільки півперіоду кожного з коливань напруги) (рис. 274, а).

При двонапівперіодному випрямленні струм у споживачі змінний, пульсуючий (кожні півперіоду коливань працює один із діодів від полярності напруги) (рис. 274, б).

Рис. 274

2.6. Трансформація змінного струму

Трансформатор напруги базується на явищі взаємної індукції двох обмоток на одному спільному осерді. Перетворює напругу, збільшуючи чи зменшуючи її до необхідних зна-

чень (рис. 275).

Рис. 275

Коефіцієнт трансформації (K) — це число, що визначає,

у скільки разів відрізняється напруга, подана на первинну

297

Фізика коливань

обмотку, від напруги, яку дістають на вторинній обмотці на холостому ході:

Оскільки ЕРС (e) в кожному витку однакова:

При підключенні споживачів (навантаження) виникають навантажувальні струми, обернено пропорційні числу витків обмоток:

I1 = N2 .

I2 N1

ККД трансформатора:

Тут PCu — втрати в міді. Це втрати на нагрівання­ обмоток, вони дуже малі, оскільки мідний дріт має достатньо великий переріз і низьке значення ρCu.

Pсталі — втрати в сталі на перемагнічування осердя і струми Фуко теж мізерні, оскільки осердя складається із окремих ізольованих пластин магнітном’якого феромагнітного матеріалу;

P2 — потужність споживача.

ККД трансформатора дуже високий: ≈ 98 %.

У лініях передачі електричної енергії на великі відстані потужні трансформатори підвищують напругу до мільйонів вольт, а в споживача знижують напругу до необхідних значень (у побутових­ лініях 380/220 В).

2.7. Змінний струм високої частоти

При струмі високої частоти біля осі провідника індукується електричне поле, яке напрямлене у бік, протилежний основному полю (правило Ленца), та послаблює струм до нуля. Струм високої частоти протікає тільки по поверхні

298

2. Змінний струм

провідника. Це називається поверхневим ефектом або скінефектом (рис. 276).

Рис. 276

2.8. Приклади розв’язання задач

Задача 1.

Неонова лампа починає світитись, коли напруга на її електродах досягає певного значення (потенціал запалювання). Скільки часу за період буде світитись лампа, якщо її ввімкнули в промислову мережу, діюче значення в якій дорівнює потенціалу запалювання лампи?

O

Рис. 277

299

Фізика коливань

У мережі ν = 50 Гц T = (1 / 50) с.

Необхідно визначити t із рівняння u =Umax sinωt .

Обчислення:

[tсвіт] = с, {tсвіт} = 501 2 =0,01с.

Відповідь: tсвіт = 0,01 с.

Задача 2.

За графіком, зображеним на рис. 278, визначити амплітуду ЕРС, період. Напишіть рівняння миттєвого значення ЕРС.

Рис. 278

300

Підставляємо знайдені значення Emax і ω у рівняння­ миттєвогозначенняЕРС e =Emax sinωt .Отже,маємо e =90sin5πt .

Відповідь: Emax = 90 В; T = 0,4 с; e =90sin5πt .

Задача 3.

Первинна обмотка знижувального трансформатора

301