Ответы на вопросы лабораторного практикума

1. Исследование цепей однофазного переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений

Вопрос 1: в чем состоит пожарная опасность явления резонанса напряжения?

Ответ: При резонансе напряжений сила тока в цепи имеет максимальное значение, т.е. определяется только активным сопротивлением R, а X_L и X_C компенсируют друг друга. При этом напряжения U_L=IX_L и U_C=IX_C в зависимости от величины X_L и X_C могут во много раз превышать напряжение на входе цепи. Таким образом, значительное увеличение тока цепи при малом R и большие напряжения X_L и X_C могут привести к воспламенению изоляции соединительных проводов и катушка, а также к пробою изоляции катушки и диэлектрика конденсатора.

Вопрос 2: Как изменяется накал ламп при включении в цепь катушки, а потом конденсатора и почему?

L C

Л

Ответ: При включении катушки сопротивление цепи возрастает, ток уменьшается и накал лампы уменьшается. Последующее включение конденсатора приводит к частичной или полной (при X_L = X_C) компенсации X_L, поэтому ток и накал лампы возрастает, но не достигнет первоначального (до включения катушки), т.к. катушка имеет и активное сопротивление, которое, суммируется с сопротивлением лампы, несколько уменьшит ток и накал лампы.

Вопрос 3: Каков физический смысл индуктивного и емкостного сопротивлений?

Ответ: При прохождении переменного электрического тока I через катушку в ней возникает ЭДС самоиндукции E_L=ωLI аправленная против приложеного напряжения к катушке. Для удобства расчета электрических цепей ЭДС самоиндукции заменяют по аналогии с подением напряжения на активном сопротивлении подением напряжения на индуктивном (реактивном) сопротивлении. Для этого, учитывая, что E_L=ωLI, а подение напряжения на активном сопротивлении U_a=RI, вводят понятие индуктивного сопротивления X_L=ωL. Но ЭДС и падение напряжения имеет противоположный знак. Поэтому ЭДС самоиндукции, выраженную через падение напряжения на индуктивном сопротивлении X_L,, записывают, например, в комплексной форме тока: E_L=-jX_LI. т.е. ЭДС E_L направлена против приложенного напряжения на X_L и рассматривается как часть напряжения, падающая на катушке. Следовательно , если E_L отстает от тока I на 90°, вызвавшего появление E_L , то падение напряжения X_LI определяет I на 90°.

Если конденсатор включить в цепь, к которой приложено напряжение U=U_Msinωt, то с изменением напряжения конденсатор будет перезаряжаться, что связано с перемещением электронов по проводам, связывающим обкладки конденсатора с зажимами источника тока, т.е. по проводам будет протекать электрический ток , амплитуда которого I_M=CωU_M, а действующее значение равно , выражение называется емкостным сопротивлением и обозначается X_C. Таким обозом мы получаем закон Ома для цепи с емкостью

Поскольку в цепи с активным сопротивлением , в цепи с индуктивностью и в цепи с емкостью , т.е. X_L и X_C играют ту же роль в определении тока цепи, что и R, то их можно считать соответственно индуктивным и емкостным сопротивлением.

Если пренебречь активным сопротивлением проводов связывающих зажимы источника тока с обкладками конденсатора, то приложенное к конденсатору напряжение уравновешивается напряжением (ЭДС) конденсатора, появившимся вследствие его заряда. Т.е. если приложенное к конденсатору напряжение , то напряжение (ЭДС) конденсатора вследствие его заряда , и векторная диаграмма имеет вид:

Таким образом, кратко на поставленный вопрос можно ответить так: индуктивное и емкостное сопротивление выполняют туже роль в определении тока соответственно в индуктивной и емкостной цепи, что и активное сопротивление R в цепи с чисто активным сопротивлением.