ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ. ОПТИКА

2. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ

2.2. ВИМУШЕНІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ. ЗМІННИЙ СТРУМ

Вимушені електромагнітні коливання — це незатухаючі гармонічні коливання заряду, напруги, сили струму, викликані електрорушійною силою, що періодично змінюється:

е = ℰmaxsin t ,

де e — значення ЕРС у даний момент часу t (миттєве значення ЕРС), ℰmаx — амплітудне значення ЕРС, — циклічна частота змінної ЕРС.

2.2.1. ЗМІННИЙ СТРУМ. ГЕНЕРАТОР ЗМІННОГО СТРУМУ

Змінний електричний струм — це електричний струм, сила якого змінюється за гармонічним законом:

i = Imaxsin(t + 0),

де і — значення сили струму у даний момент часу t, Іmах — амплітудне значення сили струму, — циклічна частота змінного струму, що збігається із циклічною частотою змінної ЕРС, 0— зсув фаз між коливаннями сили струму та ЕРС.

♦ Частота змінного струму у промислових електричних колах України v = 50 Гц, циклічна частота = 2V = 100с-1.

Генератор змінного струму — джерело електричної енергії, у якому створюється змінна ЕРС.

♦ Будова. Генератором змінного струму може слугувати, наприклад, дротяна рамка, яка обертається у однорідному магнітному полі індукцією із постійною кутовою швидкістю (рис. 2.7, а).

♦ Принцип дії. Якщо рамку обертати в магнітному полі, то кут а між вектором магнітної індукції та нормаллю до площини рамки буде змінюватися: а = t. Тому змінюватиметься й магнітний потік, що пронизує рамку:

Ф = BS cos а = BS cos t.

За законом Фарадея у рамці виникне ЕРС індукції:

e = -NФ'(t) = NBScosin t,

або e = ℰmax sin t (рис. 2,7, б),

де ℰ = NBS.

♦ На кінцях рамки виникає синусоїдальна напруга, фаза коливань якої збігається з фазою коливань ЕРС:

u = Umax sin t (див. рис. 2.7, б).

♦ Якщо до дротяної рамки, що обертається за допомогою спеціальних контактів (щіток), під'єднати споживач (наприклад, лампу), то коло буде замкнено і в ньому виникне електричний струм:

i = = = Imaxsint,

де R — опір навантаження (опір лампи), r — внутрішній опір джерела (опір рамки).

♦ У колах, що містять котушки індуктивності або конденсатори, фази коливань сили струму та ЕРС не збігаються, тому у загальному випадку: i = Imax sin(t + 0) (див. рис. 2.7, б).

Рис. 2.7

Особливості промислових генераторів змінного струму

♦ У генераторах змінного струму обертається електромагніт (ротор), а рамка (обмотка) розміщена в пазах статора, що складається з окремих пластин магнітном'якого феромагнетика.

♦ При двополюсному електромагніті частота змінного струму (частота ЕРС) дорівнює частоті обертання електромагніта (частоті обертання ротора генератора). Тому для одержання промислового змінного струму використовують генератори з багатополюсними магнітами. При N пар полюсів частота одержаного струму в N разів більша за частоту обертання турбіни.

2.2.2. ДІЮЧІ ЗНАЧЕННЯ НАПРУГИ І СИЛИ СТРУМУ

Оцінювати дію змінного струму за її миттєвим значенням незручно, вона безперервно змінюється. Дію змінного струму прийнято оцінювати за його діючим значенням.

Діюче значення сили змінного струму І дорівнює силі такого постійного струму, який протягом певного часу виділяє у провіднику ту саму кількість теплоти, що й даний змінний струм:

I = .

Аналогічно, діюче значення напруги та ЕРС розраховуються за формулами:

U = , ℰ = .

♦ Амперметри й вольтметри змінного струму вимірюють саме діючі значення сили струму й напруги.

♦ Кількість теплоти, що виділяється у колах змінного струму, розраховується за законом Джоуля — Ленца:

Q = I2Rt,

де І — діюче значення сили струму.

♦ Діюче значення напруги у побутовій мережі 220 В.

2.2.3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ РЕЗОНАНС

Електричний струм у колі змінного струму — це вимушені електромагнітні коливання. Але будь-яке електричне коло — це контур, який має власну частоту коливань v0 : v0 = .

Якщо в колі послідовно з'єднані ємність С, індуктивність L та активний опір R (рис. 2.8, а), може виникнути резонанс напруг.

Резонанс напруг — це явище різкого збільшення амплітуди вимушених коливань сили струму в колі у випадку, коли частота зміни зовнішньої ЕРС збігається із частотою власних коливань кола.

♦ Чим більшим є активний опір контуру, тим слабше виражений стрибок амплітуди коливань сили струму. Якщо активний опір великий, то стрибок амплітуди практично не спостерігається (рис. 2.8, б).

Рис. 2.8

♦ На явищі резонансу напруг ґрунтується техніка радіоприйому. Чисельні теле- й радіостанції випромінюють електромагнітні хвилі різних частот, які збуджують в антені радіоприймача змінні струми. Щоб із безлічі коливань виділити коливання потрібної частоти, індуктивно з антеною пов'язують коливальний контур (рис. 2.9).

Рис. 2.9

Змінюючи ємність конденсатора, налаштовують радіоприймач на потрібну хвилю. Коли власна частота коливань контуру збігається із частотою коливань електромагнітної хвилі, настає резонанс напруг: амплітуда вимушених коливань потрібної частоти різко збільшується.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.