 |
Резистор в цепи переменного тока.
|
|
|
|
Лабораторная работа № 3.09
Изучение закона Ома для цепей переменного тока
Минск
2014
Лабораторная работа № 3.08
Изучение закона Ома для цепей переменного тока
Цель работы: Экспериментально исследовать зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока, проверить закон Ома для последовательной RLC цепи переменного тока, овладеть методикой определения физических характеристик цепи переменного тока.
Приборы и оборудование: генератор сигналов Г6-46, реостат, конденсатор, катушка индуктивности, набор цифровых электроизмерительных приборов переменного тока соединительные провода.
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Какое значение силы переменного тока называют действующим?
2. Какова связь между действующим и амплитудным значениями напряжения переменного синусоидального тока
3. Почему в цепях переменного тока мгновенные значения силы тока и напряжения не совпадают по фазе?
4. Назовите основные физические характеристики участка цепи переменного тока.
5. Сформулируйте закон Ома для участка цепи переменного тока.
6. Как определить сдвиг фаз между током и напряжением в цепи переменного тока?
7. Почему конденсатор и катушка индуктивности оказывают сопротивление переменному току?
Теоретическое введение
Переменным током называют ток, сила, направление и напряжение которого периодически меняются. Он представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, происходящие в электрической цепи под действием периодически изменяющейся внешней ЭДС. Если внешняя ЭДС изменяется с течением времени по гармоническому закону, переменный ток называют синусоидальным. Источник такой ЭДС — генератор переменного тока. Периодом переменного тока называется наименьший промежуток времени, в течение которого напряжение и сила тока выполняют одно полное колебание. Частотой переменного тока называется число периодов переменного тока за секунду, т. е. частота — величина, обратная периоду.
|
|
|
Согласно закону электромагнитной индукции, мгновенное значение ЭДС индукции, возникающей в рамке площадью 
, которая равномерно вращается в однородном магнитном поле с индукцией 
вокруг оси, расположенной в плоскости рамки и перпендикулярной к вектору индукции магнитного поля, с угловой скоростью 
, равно первой производной магнитного потока, пронизывающего рамку, по времени: 
. Так как 
, где 
— угол между направлением поля и нормалью к плоскости рамки, то 
. Максимальное (амплитудное) значение ЭДС индукции 
. Значит, 
. Таким образом, ЭДС индукции в рамке изменяется во времени по гармоническому закону. Рамка, вращающаяся в магнитном поле, представляет собой простейший генератор переменного тока. Промышленный генератор переменного тока состоит из трех 
основных частей — индуктора, якоря и коллектора. Индуктором является постоянный магнит или электромагнит, создающий магнитное поле. Якорь — это обмотка, в которой индуцируется ЭДС. С помощью коллектора, который в простейшем случае состоит из контактных колец и скользящих по ним щеток, выводы обмотки якоря соединяются с электрической цепью (рис. 1). Рис.1
Неподвижная часть генератора называется статором, а подвижная — ротором. В маломощных генераторах статором является индуктор, а ротором — якорь; в мощных — наоборот.
Если к генератору подключить внешнюю электрическую цепь, сопротивление которой значительно больше сопротивления обмотки якоря, то напряжение на зажимах этой цепи будет равно ЭДС индукции, возникающей в якоре. Поэтому 
, 
, т. е. напряжение в цепи также изменяется по гармоническому закону. При изменении напряжения с частотой напряжение поля в цепи, а значит, и ток в ней изменяются с той же частотой, т. е. 
, где 
— максимальное значение силы тока в цепи; 
сдвиг фаз между током и напряжением в цепи (
зависит от того, какие элементы входят в состав цепи).
|
|
|
Резистор в цепи переменного тока.
Простейшей цепью переменного тока является цепь, содержащая только резистор сопротивлением 
(рис. 2). При синусоидальном переменном напряжении на зажимах цепи, т. е. если 
, ток в ней будет синусоидальным, так как, согласно закону Ома, 
Причем ток и напряжение в цепи в этом случае совпадают по фазе (рис. 11.5)
Рис.2
В цепи происходит превращение работы тока только во внутреннюю энергию проводника. Поэтому мгновенная мощность, потребляемая цепью, 
, где 
— максимальная мощность (рис. 3).
Средняя мощность равна отношению работы тока ко времени. Пусть 
, тогда 
. Если учесть, что 
, получим 
. Сравнивая эту формулу с формулой для расчета мощности в цепи постоянного тока 
, получаем 
.
Действующим значением переменного тока называют такое значение постоянного тока, который по своему тепловому действию эквивалентен переменному. По закону Джоуля — Ленца тепловая мощность в цепи постоянного тока 
, а в цепи переменного тока 
. Так как, 
, то действующее значение силы тока в цепи переменного тока связано с его максимальным значением отношением 
. Аналогично: 
.
Сопротивление участка цепи переменного тока (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии только во внутреннюю энергию участка, называют активным или омическим сопротивлением.
При небольшой частоте переменного тока активное сопротивление не зависит от нее и совпадает с сопротивлением проводника (резистора) в цепи постоянного тока.
|
|
|
