Цепи переменного тока

год

в цепи переменного тока -1

тока

цепи переменного тока:

R

Мгновенное значение силы тока через активное сопротивление пропорционально мгновенному значению напряжения

активном сопротивлении

Активное сопротивление в цепи переменного тока

и силы тока:

При прохождении переменного тока через проводник, как видно из графика, его значение не остается постоянным:
Ток плавно изменяется от нуля до амплитудного значения. Значит и тепловое действие тока различно в разные моменты времени.

Какое значение тока можно использовать для расчета работы и мощности тока ?

Понятно, что необходимо брать усредненное значение, называемое действующим значением силы тока (т.е действие переменного тока заменяется действием постоянного тока, дающего такой же тепловой эффект)

Im

Iд

t,c

i,A

действующая мощность (средняя мощность):

а выделяемое в проводнике тепло:

система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика (воздуха, слюды, керамики …)

Ясно, что конденсатор – это разрыв в цепи (подобно разомкнутому выключателю), поэтому постоянный ток конденсатор не проводит

переменного тока:

~

Источник ~ тока, обладающий ε и r

Замкнем цепь и понаблюдаем движение электронов в цепи:

Мы видим, что ток между обкладками конденсатора по прежнему не идет, однако вследствие перезарядки конденсатора через лампочку идет переменный ток – т.е. конденсатор проводит переменный ток

он оказывает току сопротивление, которое называется емкостным сопротивлением

- емкостное сопротивление

ω - циклическая частота протекающего тока
С – электроемкость конденсатора
ν - частота тока

видно, что сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте протекающего тока и его электроемкости :

Сопротивление конденсатора уменьшается с ростом частоты, значит конденсатор хорошо проводит высокочастотные колебания и плохо – низкочастотные, а постоянный ток вообще не проводит

Сопротивление конденсатора зависит и от его электроемкости:
при фиксированной частоте конденсатор с большей емкостью будет обладать меньшим сопротивлением

С1

С2

С2>C1

XС1

XС2

Если напряжение на конденсаторе меняется по закону:

то заряд на конденсаторе равен:

тогда сила тока в цепи:

цепи переменного тока

физическая величина, подобная массе в механике. Как в механике для изменения скорости тела нужно время, и масса является мерой этого времени (инерция), так и электродинамике для изменения тока через проводник нужно время и индуктивность является мерой этого времени (самоиндукция)

Катушка индуктивности – это обычный проводник с необычной формой, обладающий активным сопротивлением.
Поэтому катушка хорошо проводит постоянный ток, значение которого ограничено только его активным сопротивлением

L

Явление самоиндукции возникает только в моменты включения и выключения (препятствует любому изменению тока)

переменного тока:

~

Источник ~ тока, обладающий ε и r

Замкнем цепь и сравним яркость горения лампочек 1 и 2

Л1

Л2

В цепи сопротивление R поберем равным активному сопротивлению L

R

L

Лампочка Л1 горит гораздо ярче, чем Л2

Почему ?

в катушке при любом изменении тока, которое мешает этому изменению – поэтому у катушки индуктивности кроме активного сопротивления провода, из которого она сделана, появляется еще одно сопротивление, обусловленное явлением самоиндукции и называемое индуктивным сопротивлением X L

ω - циклическая частота протекающего тока
L – индуктивность катушки
ν - частота тока

видно, что индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте протекающего тока и индуктивности

Индуктивное сопротивление увеличивается с ростом частоты, значит катушка хорошо проводит низкочастотные колебания и плохо – высокочастотные, а для постоянного тока оно равно нулю

изменяется по закону:

то напряжение на катушке изменяется по закону:

Правило:

C I V I L

Индуктивность в цепи переменного тока

напряжения на индуктивности:

переменного тока можно выделить 3 вида сопротивлений (или три вида элементов, оказывающих сопротивление току)

СОПРОТИВЛЕНИЕ

активное

реактивное

индуктивное

емкостное

Реальные электрические цепи содержат все виды сопротивлений (активное, индуктивное и емкостное), поэтому ток в реальной цепи зависит от ее полного (эквивалентного) сопротивления, а сдвиг фаз определяется величиной L и C цепи

R

XL

XC

проводит ВЧ колебания, и плохо – НЧ колебания
катушка наоборот: хорошо НЧ колебания и плохо – ВЧ колебания

Эти свойства позволяют создать:
1. Различные частотные фильтры – схемы, позволяющие выделить из всего сигнала (например от магнитофона) НЧ и ВЧ составляющие:

Вход сигнала от магнитофона

ВЧ

НЧ

Используя различные значения R, L и C, можно создавать фильтры с заданными параметрами (полосой пропускания)