Теория:
В науке и технике важную роль играет переменный ток, который меняет значение и направление определенное число раз в секунду. При прохождении переменного тока через катушку индуктивности в ней возникает ЭДС самоиндукции, которая по правилу Ленца носит реактивный характер, то есть препятствует изменению тока в цепи. Кроме преодоления активного сопротивления проводника катушке необходимо преодолеть и противодействующую ЭДС самоиндукции. Поэтому для получения такой же силы переменного тока, как и постоянного, необходимо увеличить приложенное к катушке напряжение. Это можно объяснить тем, что по отношению к переменному току катушка обладает некоторым добавочным сопротивлением, которое зависит от индуктивности катушки L и называется индуктивным сопротивлением XL. Индуктивное сопротивление XL определяется по формуле: XL = 2πfL, где f – частота переменного тока, Гц; L – индуктивность катушки, Гн; π = 3,14. Индуктивное сопротивление и потребляемую им мощность называют реактивным. В цепи переменного тока с активным сопротивлением R ток и напряжение совпадают по фазе. При этом потребляется активная мощность P, которая характеризует безвозвратную потерю энергии, то есть превращение энергии тока в другой вид энергии, например, в тепловую, механическую, химическую.
|
|
Активная мощность определяется по формуле: (Вт)
Полное сопротивление катушки в цепи переменного тока, активного R и индуктивного XL сопротивлений, определяется по формуле: . Полная мощность
Конденсатор в цепи переменного тока представляет собой бесконечно большое сопротивление (разрыв цепи), так как состоит из двух пластин, между которыми имеется диэлектрик – изолятор. При подключении конденсатора к источнику постоянного тока в течение очень короткого времени в цепи идет зарядный ток. Как только конденсатор зарядится до напряжения источника, ток в цепи прекратится. Емкостное сопротивление определяется по формуле: Xс = 1/2πfС. Из формулы видно, что с увеличением частоты и емкости, емкостное сопротивление уменьшается. Конденсатор также как и катушка является реактивным сопротивлением, и потребляет реактивную мощность. В цепи переменного тока могут быть участки с активным, индуктивным и емкостным сопротивлением. Индуктивное сопротивление вызывает отставание по фазе тока от напряжения, а емкостное сопротивление дает обратный эффект, то есть оба сопротивления действуют в противофазе. Это означает, что когда конденсатор запасает энергию, катушка в тот момент ее отдает. В следующий момент - наоборот. Общее реактивное сопротивление цепи равно нулю, а полное сопротивление цепи: .
|
|
Ход работы
- Цепь переменного тока содержит различные элементы, включенные последовательно. Данные для своего варианта взять из таблицы.
- Начертить схему цепи, включая только те элементы (резисторы, индуктивности, емкости), величины которых заданы в таблице для каждого варианта.
- Определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы, как дополнительный параметр в таблице:
- Полное сопротивление цепи (Z)
- Напряжение U, приложенное к цепи
- Ток I
- Индуктивное (XL) сопротивление: ; емкостное (Xc) сопротивление:
- Активную и полную мощность:: (Вт), (Вт)
P.S. Использовать формулу для последовательного соединения сопротивлений, конденсаторов и индуктивностей (все формулы аналогичны друг другу, меняются только элементы)
2.Задания для практической работы:
Варианты | R1,Ом | R2,Ом | L1,мкГн | L2,мкГн | С1, мФ | С2, мФ | Дополни- тельный параметр |
01 | 4 | - | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
02 | 6 | 2 | 6 | - | 3 | - | U=48 В |
03 | - | 6 | 3 | - | 9 | - | U=40 В |
04 | 6 | 2 | - | 12 | - | 4 | I=5 А |
05 | 4 | 4 | 12 | - | 6 | - | U=20 В |
06 | 3 | - | - | 6 | 12 | - | U=36 В |
07 | - | 8 | 6 | - | - | 2 | I=3 А |
08 | 16 | - | - | 16 | 4 | 6 | U=20 В |
09 | - | 4 | 10 | 8 | 6 | - | U=80 В |
10 | 3 | - | 3 | - | 2 | 4 | I=4 А |
11 | 4 | 4 | 2 | - | - | 6 | U=50 В |
12 | 4 | 4 | - | 4 | 10 | - | P=200 Вт |
13 | 6 | - | 2 | - | - | 8 | U=60 В |
14 | 8 | 8 | - | 4 | 12 | - | I=25 А |
15 | - | 4 | - | 8 | 8 | - | I=5 А |
16 | 6 | 8 | 5 | - | 5 | 3 | P=100 Вт |
17 | - | 8 | - | 4 | 4 | - | U=20 |
18 | 6 | - | - | 12 | 4 | 2 | I=16 |
19 | 4 | 2 | 2 | - | - | 10 | I=8 |
20 | 5 | 3 | - | 12 | 4 | - | P=600 |
21 | 3 | 6 | 3 | - | - | 9 | U=5 |
22 | - | 4 | - | 6 | 6 | - | U=45 |
23 | 4 | 4 | 8 | 4 | 3 | 6 | I=12 |
24 | - | 4 | - | 4 | 10 | - | P=72 |
25 | 6 | 2 | - | 6 | - | 3 | P=300 |
Примечание: прочерк означает, что данного элемента в цепи нет
Контрольные вопросы:
- В какую энергию преобразуется цепь с активным сопротивлением?
- Укажите параметры переменного тока, от которого зависит индуктивное сопротивление катушки.
- Какое сопротивление называется реактивным?
- Что называется амплитудой тока (напряжения)?
- Какой ток называется переменным?