 |
Лекция 58. Переменный электрический ток. Закон Ома для цепи переменного тока
|
|
|
|
Цель занятия: сформировать у студентов представление о переменный ток как вынужденные электрические колебания.
Тип занятия: изучения нового материала.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Контроль знаний | 1. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре. 2. Превращение энергии в колебательном контуре. 3. Формула Томсона. |
| Демонстрации | Наблюдение осциллограмм переменного тока. |
| Изучение нового материала | 1. Переменный электрический ток. 2. Как получать переменную ЭДС. 3. Генератор переменного тока. |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Переменный электрический ток
Ø Переменный ток - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.
Ø Вынужденные электромагнитные колебания - незатухающие колебания заряда, напряжения, силы тока и других физических величин, обусловленных ЭДС, периодически меняется:
Ярким примером вынужденных колебаний является переменный ток:
2. Как получать переменную ЭДС
Источник электрической энергии, что создает периодически изменяющуюся ЭДС, называют генератором переменного тока.
Генератором переменного тока может служить проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле индукцией 
с некоторой постоянной угловой скоростью ω.
Магнитный поток через рамку Ф = BScos 
. Зависимость угла от времени имеет вид = ωt. Тогда Ф = BScosωt.
Изменение магнитного потока приводит к возникновению в рамке ЭДС индукции 
в Соответствии с законом электромагнитной индукции 
Скорость изменения магнитного потока ΔФ/Δt с точки зрения математики является производной функции Ф(t), поэтому
Таким образом, рассматриваемая рамка является источником ЭДС, что испытывает гармонических колебаний амплитудой Если рамка содержит N витков проводника, амплитуда ЭДС увеличивается в N раз:
|
|
|
Чтобы воспользоваться полученной ЭДС, необходимо присоединить подвижные концы рамки до неподвижных контактов внешнего электрического круга. Можно сделать так, чтобы металлическое кольцо от каждого из концов рамки скользило по своему неподвижном контакта (щетки). Тогда щетки можно рассматривать как полюса источника тока. Если присоединить к этим полюсам резистор, сопротивление R которого во много раз превышает сопротивление рамки и контактов, напряжение на нем будет равно ЭДС в рамке u(t) = ωNBSsinωt, а сила тока в резисторе будет:
На рисунке показан график зависимости силы тока от времени (Imax = ωNBS).
Период переменного тока: 
частота: 
3. Генератор переменного тока
Простейший генератор переменного тока представляет собой металлический сердечник, в пазы которого вложена обмотка. Концы обмотки соединены с кольцами. Сердечник с обмоткой вращается в магнитном поле неподвижного постоянного магнита или электромагнита. Вращающуюся часть генератора называют ротором, неподвижную - статором.
Скорость вращения ротора можно уменьшить, если использовать электромагнит, имеющий несколько пар магнитных полюсов. Частота v переменного тока связана с частотой вращения ротора генератора vmax соотношением: v = pvmax, где p - число пар магнитных полюсов генератора.
Решение задач
1. ЭДС переменного тока задана уравнением e = 100sin20 
t. Определите частоту и период тока.
2. Проволочная прямоугольная рамка размером 20 х 30 см, имеет 20 витков медного провода диаметром 1 мм, находится в однородном магнитном поле индукцией 0,5 Тл. Рамку замыкают на резистор сопротивлением 6,6 Ом и начинают вращать с частотой 10 об/с. Определите максимальную силу тока, возникающую в рамке.
Контрольные вопросы:
|
|
|
Первый уровень
1. При каких условиях в электрической цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания?
2. Какое явление используют во время производства электроэнергии на электростанциях?
3. Почему мы не замечаем мерцание лампочек, включенных в осветительную сеть переменного тока?
Второй уровень
1. Какая энергия превращается в электрическую энергию?
2. На каком явлении основано действие генераторов электрического тока?
3. Почему во время равномерного вращения рамки в постоянном магнитном поле в ней индуцируется не постоянный, а переменный ток?
4. Можно ли измерить чувствительным электрометром напряжение в цепи переменного тока?
5. Вращающие на генераторах электростанций - рамки или магниты? Чем это обусловлено?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 29; Учебник-2: § 15.
2. Сборник задач.:
Уровень2 № 9.24; 9.25; 9.26; 9.27.
Уровень3 № 9.31; 9.31; 9.33; 9.34.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
