Вимушені електричні коливання. Змінний електричний струм. Генератор змінного струму. Діючі значення сили струму і напруги. Електричний резонанс План

1.ВИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ

2.ЗМІННИЙ СТРУМ

3.АКТИВНІ Й РЕАКТИВНІ НАВАНТАЖЕННЯ В КОЛАХ ЗМІННОГО СТРУМУ

4.ПОТУЖНІСТЬ У КОЛІ ЗМІННОГО СТРУМУ

5.КОЛО ЗМІННОГО СТРУМУ З ІНДУКТИВНІСТЮ І ЄМНІСТЮ.ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОВНОГО КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ. РЕЗОНАНС

1.Вимушені коливання

Вимушеними вважають коливання, що відбуваються під дією зовнішньої періодичної сили. Наприклад, ви можете взяти в руку книжку і здійснювати нею вимушені коливання. На книжку з боку руки діє зовнішня періодична сила. Однак у таких вимушених коливаннях немає чогось особливого і цікавого. Інша річ, коли зовнішня періодична сила діє на тіло, яке може самостійно здійснювати вільні коливання (такі коливання завжди затухаючі). Якщо тіло в момент початку дії змушувальної сили було нерухомим, то спочатку амплітуда його коливань поступово зростає, через певний час досягає максимального значення і далі не збільшується.

2.Змінний струм

Змінними вважають струми, які змінюються як за значенням, так і за напрямком. Найпоширенішими і найважливішими в техніці є синусоїдальні змінні струми, сила яких і напруга змінюються за законами синуса або косинуса. Такими, наприклад, є промислові струми, високочастотні струми, які використовують у радіозв'язку тощо. Найпростішим способом одержання низькочастотних змінних струмів є обертання рамки з провідників в однорідному магнітному полі (або навпаки — обертання магнітного поля, яке перетинає нерухомі провідники). Нехай у початковий момент часу (мал. 3.7, а) рамка розташована так, що напрямок нормалі n (перпендикуляра) до неї збігається з напрямком індукції магнітного поля В, в якому рамка обертається.

Магнітний потік, який при цьому пронизує рамку має  максимальне значення.

Рамка обертається рівномірно з кутовою швидкістю ω і кут повороту рамки у будь-який момент часу (мал. 3.7., б)

Магнітний потік, який пронизує рамку, змінюється за законом косинуса:

За законом електромагнітної індукції, в разі зміни магнітного потоку, що пронизує контур, виникає електрорушійна сила індукції:

Отже, можемо зробити важливий висновок: за рівномірного обертання рамки в однорідному магнітному полі в ній виникає електрорушійна сила індукції, що змінюється за законом синуса. Зрозуміло, що максимальних значень  досягає в ті моменти, коли  При цьому де k — ціле число. Це такі положення рамки, за яких магнітний потік, що пронизує її, дорівнює нулю (рамка перетинає лінії індукції магнітного поля в перпендикулярному напрямку). Коли , то провідники рамки ковзають уздовж ліній індукції поля і зміна магнітного потоку дорівнює нулю, хоча сам магнітний потік і максимальний. За один оберт рамки електрорушійна сила змінює свої значення і знак двічі, тобто здійснює одне повне коливання. Якщо рамку замкнути яким-небудь провідником, то в цьому провіднику виникає змінний струм. Однак такий змінний струм не в усіх точках провідника одночасно матиме одне й те саме значення, оскільки швидкість поширення поля у провіднику хоча й велика, але скінченна. Особливо це дається взнаки тоді, коли змінні струми високочастотні. Можна вважати, що в усіх точках кола низькочастотних струмів фаза коливань струму в один і той самий момент однакова. Такі струми називають квазістаціонарними.

Для квазістаціонарних струмів (як і для постійних) у кожен момент часу справджуються закони Кірхгофа: 1) сума електрорушійних сил у замкнутому контурі дорівнює сумі спадів напруг; 2) алгебрична сума сил струмів у точках розгалуження дорівнює нулю.

За рівномірного обертання рамки в однорідному магнітному полі в ній виникає електрорушійна сила індукції, що змінюється за законом синуса: