V. Гармонические колебания силы тока:

Урок Переменный электрический ток.

Основной материал:

I. Переменный электрический ток - это ток, сила тока и напряжение которого

меняются с течением времени по гармоническому закону.

ν = 50 Гц – стандартная частота промышленного переменного тока.

Выясним характер этих изменений:

Пусть в магнитном поле вращается рамка (простейшая модель генератора переменного тока) в ней возникают незатухающие – вынужденные электромагнитные колебания => Переменный электрический ток – это вынужденные электромагнитные колебания.

По закону электромагнитной индукции в рамке

возникает переменная ЭДС:

В цепь переменного тока могут быть включены:

1) R – активное сопротивление – это сопротивление, на котором происходит выделение энергии.

2) Х_C – емкостное сопротивление – это сопротивление конденсатора переменному току.

3) Х_L – индуктивное

сопротивление – это сопротивление катушки переменному току.

II. Активное сопротивление (r):

Из (1) и (2) => в цепи с активным сопротивлением колебания напряжения и силы тока синфазны.

Векторная диаграмма:

III. Мощность в цепи переменного тока с активным сопротивлением:

В цепи переменного промышленного тока u и i изменяются сравнительно быстро, поэтому при похождении тока по проводнику, количество выделяемой теплоты (согласно закону Ленца – Джоуля: ) будет быстро меняться со временем => изменяется мощность тока => найдем среднюю мощность тока на участке за большой промежуток временя, для этого достаточно найти среднюю мощность за период = энергии выделившейся за период.

Мощность в цепи постоянного тока на участке сопротивления R определяется формулой:

Средняя мощность тока в цепи находится за один период, а он очень мал => за это время переменный ток можно считать постоянным => мгновенное значение мощности в цепи переменного тока с активным сопротивлением определяется формулой:

Найдем среднее значение мощности за период:

преобразуем (3): (2) → (3) , учтя, что , получим:

Энергия, выделяемая за пол периода, численно равна площади фигуры:

IV. Действующие значения силы тока и напряжения.

Действующие значения силы тока и напряжения равны соответственно силе и напряжению постоянного тока, выделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток за одинаковое время.

P.S. Амперметр и вольтметр показывают действующие значения силы тока и напряжения => P=I_д·U_д

V. Емкостное сопротивление (хс):

Для постоянного тока Х_c → ∞, т.к. между обкладками конденсатора диэлектрик => цепь разомкнута.

Д ля переменного тока Х_c ∞, т.к. происходит периодическая перезарядка конденсатора => возникает

переменный ток.

Векторная диаграмма:

1) когда конденсатор начинает

разряжаться, i_C=I, а u_C=0;

2) после того, как u_C=U, то i_C=0;