5. Межпредметные и внутрипредметные связи

6. Задания для самоподготовки:

1 – Представить исследуемые электрические схемы и векторные диаграммы для них;

2 – Указать отличительные особенности разных реактивных сопротивлений;

3 – Вывести формулы для расчета соответствующих электрических схем;

Литература, рекомендуемая для самоподготовки:

Основная

1 – «Медицинская и биологическая физика» 7-е изд., Ремизов А.Н. и др. Издательство Дрофа. 2007 (можно более ранние издания)

2 – «Биофизика» - Антонов В. Ф., и другие. Издательство: Владос. 2006

3 – «Медицинская биофизика» Самойлов В.О. СПб: Издательство: СпецЛит Учебник для вузов - 2004.

Дополнительная

1 Биофизика. Учебник для студентов фармацевтических и медицинских Вузов; Рыбари; 2004 г.

Интернет - Электронная библиотека (можно скачать бесплатно):

1 - Медицинская биофизика В книге рассмотрены основные вопросы медицинской биофизики в соответствии с учебной программой с изучением системы физических и физико-химических процессов, лежащих в основе жизни. В учебнике пять разделов: транспорт веществ через биологические мембраны (биомембранология), биоэнергетика, биологическая электродинамика, биомеханика, информация и регулирование в биологических системах. В каждом из разделов приводятся примеры нарушения основных биофизических процессов при патологии. В Приложении приводятся справочные таблицы физических констант и единиц перевода в СИ. Издание соответствует государственным образовательным стандартам учебных дисциплин «Медицинская биофизика» направления бакалаврской подготовки «Техническая физика», специальностям «Биоинженерная физика» и «Медицинская биофизика». Учебник предназначен для студентов технических университетов и в качестве дополнительной литературы для студентов медицинских вузов. Автор книги:  Самойлов В. О. Название книги:  Медицинская биофизика Издательство:  СПб.: СпецЛит, 2004 ISBN:  5-299-00277-7 http://www.sma.kz/about/structure/lib2/lib/

2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/

Вопросы для самоподготовки

- по базисным знаниям:

• Сложение векторов.

• Производные гармонических функций.

• Последовательное соединение резисторов.

• Характеристики электрических процессов.

- по данной теме:

• Мгновенные, амплитудные и эффективные параметры процессов в цепях переменного тока.

• Вывод формул индуктивного и емкостного сопротивлений.

• Формулы и векторная диаграмма для цепи, в которой индуктивность и резистор соединены последовательно.

• Формулы и векторная диаграмма для цепи, в которой конденсатор и резистор соединены последовательно.

• Формулы и векторная диаграмма для цепи, в которой катушка, конденсатор и резистор соединены последовательно. Закон Ома для полной цепи.

• Явление резонанса в цепях переменного тока. Резонансные кривые.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Переменный электрический ток – это ток, величина и направление которого изменяются в пределах рассматриваемого интервала времени. В частном случае – это ток, величина которого изменяется по гармоническому закону .

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает резистор, который подключен к соответствующему генератору (рис. 1). Двухканальный осциллограф О позволяет увидеть как изменяются во времени электрические параметры цепи. Первый канал измерительного прибора регистрирует напряжение. Второй канал фиксирует колебания тока на сопротивлении. На экране осциллографа будут видны две кривые, показанные на рисунке

На выходе генератора напряжение меняется по закону . Такое же напряжение действует на концах резистора. Согласно закону Ома . Следовательно, ток меняется пропорционально напряжению или Это означает, что мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на резисторе совпадает по фазе с силой тока.

ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает конденсатор, который подключен к соответствующему генератору (рис.2).

Двухканальный осциллограф позволяет получать одновременно информацию о токе и напряжении. Изменяющиеся электрические параметры выводятся на экран. Они представляют собой две кривые, показанные на рисунке .

Напряжение на конденсаторе меняется по закону косинуса u (t)= -U cos t . Поскольку Q=CU , то заряд меняется также по закону косиуса q(t)= -UC cos t. Сила тока в цепи равна производной заряда по времени i (t)= (t)= UC sin t.

Получается, что амплитуды тока и напряжения связаны через параметр X_C =U/I=1/ c . Этот параметр получил название емкостное сопротивление . В рассматриваемой электрической цепи напряжение на конденсаторе отстает по фазе от силы тока. Вектор повернут относительно вектора на 90 градусов. Поворот производится по направлению движения стрелки часов.

ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ оказывает катушка индуктивности, которая подключена к генератору переменного тока (рис.3). На экране двухканального осциллографа будут видны кривые тока и напряжения, показанные на рисунке.

Сила тока в катушке меняется по закону i (t)= I sin t.Поскольку Ф = LI , то магнитный поток меняется по закону ф(t)= LI sin t.. Напряжение на катушке равно производной магнитного потока по времени u(t)= (t)=I L cos t.

Получается, что амплитуды тока и напряжения связаны через параметр X_L=U/I= L . Этот параметр получил название индуктивное сопротивление. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на катушке опережает по фазе силу тока. Вектор повернут относительно вектора на 90 г

радусов. Поворот производится против направления движения стрелки часов.

РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывают электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, катушки индуктивности, но действуют они в противофазе. На экране двухканального осциллографа будут видны кривые напряжения на каждом элементе цепи. Они представлены на рисунке 4 .

В любой момент времени напряжение на катушке индуктивности имеет знак противоположный напряжению на конденсаторе . Амплитуда результирующего напряжения равна разности двух амплитуд . Разделим это равенство на силу тока в цепи . Тогда мы получим . Реактивное сопротивление равно разности индуктивного и емкостного сопротивлений.

П

ОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, катушки индуктивности и резистора. (рис. 5). Результирующее напряжение определяется как векторная сумма на активном и реактивном сопротивлениях . Разделим это равенство на силу тока в цепи . Тогда мы получим . Полное сопротивление цепи равно векторной сумме активного и реактивного сопротивлений. Следовательно, величину полного сопротивления можно найти по формуле .

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА И РЕЗИСТОРА. В рассматриваемой электрической цепи (рис.6) сопротивление конденсатора может превышать сопротивление катушки или

. Тогда говорят об эквивалентном конденсаторе. Его сопротивление равно . Цепь представляет собой последовательно соединенные резистор и эквивалентный конденсатор. Векторная диаграмма напряжений показана на рисунке. Напряжение в цепи отстает от силы тока на угол

П

ОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШКИ И РЕЗИСТОРА. В рассматриваемой электрической цепи (рис.7) сопротивление катушки может превышать сопротивление конденсатора или . Тогда говорят об эквивалентной катушке. Ее сопротивление равно . Цепь представляет собой последовательно соединенные катушку и резистор. Векторная диаграмма напряжений показана на рисунке. Напряжение в цепи опережает силу тока на угол .

ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ позволяет выразить параметры переменного тока через параметры постоянного тока. Один и тот же резистор подключается к двум разным генераторам. Время измерения берется одинаковым и равным , где - целое число, а - период колебаний. В случае, когда амплитуда переменного тока в больше величины постоянного тока, в обеих схемах в проводнике выделяется одинаковое количество теплоты. Действующим значением переменного тока называется сила постоянного тока, при которой на резисторе за время одного периода выделяется такое же количество теплоты, что и в случае переменного тока

Лабораторная работа

Изучение цепей переменного тока. Определение индуктивности катушки и емкости конденсатора в цепях переменного тока.

Цель работы:

1.Определить емкостное сопротивление в цепи переменного тока и емкость конденсатора.

2. Определить индуктивное сопротивление в цепи переменного тока и индуктивность катушки.

3. Оценить погрешность измерений.