Презентация Лекция No.6 Переменный ток. Мультимедийная презентация переменный ток Скачать презентацию переменный ток

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Ответить на вопросы: Что называют электромагнитными колебаниями? В чем различие между свободными и вынужденными электрическими колебаниями? Как связаны амплитуды колебаний заряда и тока при разрядке конденсатора через катушку? По какой формуле определяется собственная циклическая частота свободных электрических колебаний? По какой формуле определяется период свободных электрических колебаний? Как изменится период свободных электрических колебаний в контуре, если емкость конденсатора в нем вдвое увеличить или же вдвое уменьшить? Чему равна энергия контура в произвольный момент времени?

3 слайд

Описание слайда:

Самостоятельная работастр. 633, 636 1.вар№5. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 10 мкФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Найти амплитуду колебаний напряжения, если амплитуда колебаний силы тока 0,1 А. 2.вар.№8. Индуктивность катушки колебательного контура 0,5 мГн. Требуется настроить этот контур на частоту 1МГц. Какова должна быть емкость конденсатора в этом контуре? 3. Общая задача№948 Емкость конденсатора колебательного контура 1 мкФ, индуктивность катушки 0, 04 Гн, амплитуда колебаний напряжения 100В. В данный момент времени напряжение на конденсаторе 80 В. Найти максимальный ток, Полную энергию, энергию электрического поля, энергию магнитного поля. Мгновенное значение силы тока.

4 слайд

Описание слайда:

Переменный электрический ток- незатухающие вынужденные электрические колебания. Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным. Переменный ток нашел широкое применение: в осветительной сети квартиры, на заводах и фабриках и т. д., Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону. Колебания напряжения можно обнаружить с помощью осциллографа.

5 слайд

Описание слайда:

Частота переменного тока - число колебаний в 1 с В России и других странах стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц (в течение 1 секунды ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз в противоположную). В США, Канаде, Японии, частота промышленного переменного тока равна 60 Гц. Переменный ток с частотой 400 Гц применяется в бортовой сети самолётов.

6 слайд

Описание слайда:

Переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети создается генераторами на электростанциях Рамка вращается в магнитном поле. Поскольку магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется с течением времени, то в ней возникает индуцированная переменная ЭДС: , e = – dФ/dt = -B∙S∙(cos ωt) = B∙S∙ω∙sin ωt = = εm∙sin ωt, где εm = B∙S∙ω – амплитуда ЭДС индукции. ω- угловая скорость вращения рамки, играет роль циклической частоты.

7 слайд

Описание слайда:

Напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь, вызывают гармонические колебания скорости упорядоченного движения заряженных частиц т.е.гармонические колебания силы тока.

8 слайд

Описание слайда:

Генератор переменного тока -устройство, предназначенное для превращения механической энергии в энергию переменного тока. В основу работы генератора положено явление электромагнитной индукции.

9 слайд

Описание слайда:

Ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное. Основными частями генератора переменного тока являются: индуктор, якорь, коллектор, статор, ротор.

10 слайд

Описание слайда:

Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса: u = Um ∙ sin ωt или u = Um cos ωt Um- амплитуда напряжения, ω циклическая частота напряжения и силы тока в цепи. i= Im∙sin (ωt + φc) сила тока і в любой момент времени. Колебания силы тока не совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Im - амплитуда силы тока, φc - разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

11 слайд

Описание слайда:

Активное сопротивление. Действующее значение силы тока и напряжения. R называется активным сопротивлением, т.к. при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора. Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников - они нагреваются. Мгновенное значение силы тока по закону Ома:

12 слайд

Описание слайда:

Действующим (эффективным) значением переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделил бы такое же количество теплоты, что и данный переменный ток. I0,U0, - амплитуда тока и напряжения. Iд.,Uд., - действующее значение тока и напряжения. Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащем резистор, равна:

13 слайд

Описание слайда:

Резонанс в цепи переменного тока (резонанс напряжений) - явление резкого увеличения амплитуды переменного тока в цепи. Частота, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной частотой. Резонансная частота равна частоте свободных колебаний контура.

14 слайд

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9

Cлайд 10

Cлайд 11

Cлайд 12

Cлайд 13

Cлайд 14

«Физика - 11 класс»

Как получить незатухающие вынужденные электромагнитные колебания?
Переменный ток в осветительной сети представляет собой не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания.
Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону.
Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Частота переменного тока - это число колебаний в 1 секунду.
Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц, т.е. на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз - в противоположную.
Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира.

Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то и напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически.
Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь, вызывают гармонические колебания силы тока.

Переменное напряжение создается генераторами электрического тока.
Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле - это простейшая модель генератора переменного тока.

Поток магнитной индукции Ф , пронизывающий проволочную рамку площадью S , пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции

Ф = BS cos α .

При равномерном вращении рамки угол α увеличивается прямо пропорционально времени:

α = ωt

где
ω - угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:

Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет роль циклической частоты.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

е = -Ф" = -BS (cos ωt)" = BSω sin ωt = m sin ωt

где
m = BSω - амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость ω вращения рамки определит частоту со колебаний значений ЭДС, напряжения на различных участках цепи и силы тока

Пусть вынужденные электрические колебания, происходят в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u = U m sin ωt

u = U m cos ωt

где
U m - амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω , то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой.
Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения.
Поэтому в общем случае мгновенное значение силы тока в любой момент времени определяется по формуле

i = I m sin (ωt + φ с) .

где
I m - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φ с - разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Учитель физики МШГУ алексеева екатерина владимировна Презентация по физике

Темы презентации 1) Переменный электрический ток. 2) Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения. 3) Конденсатор в цепи переменного тока. 4) Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Как нам известно, ток (электрический) бывает переменным и постоянным. Переме́нный ток (англ. alternating current - переменный ток) - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению. В настоящее время очень широко используется переменный электрический ток. Его можно получить с помощью электрогенераторов переменного тока с применением эффекта электромагнитной индукции. На рисунке изображена примитивная установка для выработки переменного тока. Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Своими концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток, но поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В связи с этим в рамке возникнет ЭДС индукции. Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону. Переменный электрический ток

Переменный ток в осветительной сети квартиры, применяемый па заводах и фабриках и т. д., представляет собой не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания. Данные колебания напряжения легко обнаружить с помощью осциллографа.(рис. 4.8) Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз - в противоположную. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США принята частота 60 Гц. Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то и напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически. Переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети создается генераторами на электростанциях. Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле, можно рассматривать как простейшую модель генератора переменного тока. Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла а между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции (рис. 4.9): Ф = BScos а При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени: а=2П nt , где n – частота вращения. Поэтому поток магнитной индукции меняется гармонически: Ф = BS cos 2 П nt , Здесь 2П n число колебаний магнитного потока за 2П с. Это ЦИКЛИЧЕСКАЯ ЧАСТОТА колебаний w=2 П n = > Ф = BScoswt

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени: Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость w вращения рамки определит частоту w колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока. Если напряжение меняется с циклической частотой, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле Здесь I m - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а - разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения. Перейдем к более детальному рассмотрению процессов, которые происходят в цепи, подключенной к источнику переменного напряжения. Сила тока в цени с резистором. Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R (рис. 4.10). Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением. Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора. Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников - они нагреваются. Будем считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: u = U m cos w t

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома: В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения (рис. 4.1 7), а амплитуда силы тока определяется равенством Мощность в цепи с резистором. В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем. Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду. Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой: P = I 2 R. (4.18)

На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой: P = i 2 R. (4.19) Найдем среднее значение мощности за период. Для этого сначала преобразуем формулу (4.19), подставляя в нее выражение (4.16) для силы тока и используя известное из математики соотношение

Средняя мощность равна первому члену в формуле (4.20) Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока. Действующее значение силы переменного тока обозначается через I: Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время. Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока:

Заменяя в формуле (4.17) амплитудные значения силы тока и напряжения на их действующие значения, получаем закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором Как и при механических колебаниях, в случае электрических колебаний обычно нас не интересуют значения силы тока, напряжения и других величин в каждый момент времени. Важны общие характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность. Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока. Кроме того, действующие значения удобнее мгновенных значений еще и потому, что именно они непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока: P = I 2 R = UI.

Конденсатор в цепи переменного тока Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор. Ведь фактически при этом цепь оказывается разомкнутой, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор. В этом можно убедиться с помощью простого опыта. Пусть у нас имеются источники постоянного и переменного напряжений, причем постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания (рис. 4.13), соединенных последовательно. При включении постоянного напряжения (переключатель повернут влево, цепь подключена к точкам АА") лампа не светится. Но при включении переменного напряжения (переключатель повернут вправо, цепь подключена к точкам ВВ") лампа загорается, если емкость конденсатора достаточно велика.

Как же переменный ток может идти по цепи, если она фактически разомкнута (между пластинами конденсатора заряды перемещаться не могут)? Все дело в том, что происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора под действием переменного напряжения. Ток, идущий в цепи при перезарядке конденсатора, нагревает нить лампы. Установим, как меняется со временем сила тока в цепи, содержащей только конденсатор, если сопротивлением проводов и обкладок конденсатора можно пренебречь (рис. 4.14). Напряжение на конденсаторе Сила тока, представляющая собой производную заряда по времени, равна: Следовательно, колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на (рис. 4.15).

I m = U m C (4.29) Амплитуда силы тока равна: Если ввести обозначение: и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим: Величину X c , обратную произведению C циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением. Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения на конденсаторе точно так же, как связаны согласно закону Ома сила тока и напряжение для участка цепи постоянного тока. Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение X c . С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты Сопротивление цепи с конденсатором обратно пропорционально произведению циклической частоты на электроемкость. Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на

КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока. Это можно доказать с помощью простого опыта. Соберем цепь из катушки с большой индуктивностью и электрической лампы накаливания (рис. 4.16). С помощью переключателя можно подключить эту цепь либо к источнику постоянного напряжения, либо к источнику переменного напряжения. При этом постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения должны быть равны. Опыт показывает, что лампа светится ярче при постоянном напряжении. Следовательно, действующее значение силы переменного тока в рассматриваемой цепи меньше силы постоянного тока. Объясняется это различие явлением самоиндукции. Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигнуть тех значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении. Следовательно, максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения.

Определим силу тока в цепи, содержащей катушку, активным сопротивлением которой можно пренебречь (рис. 4.17). Для этого предварительно найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней. Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна быть равна нулю. Иначе сила тока, согласно закону Ома, была бы бесконечно большой. Равенство нулю напряженности поля оказывается возможным потому, что напряженность вихревого электрического поля порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи. Из равенства = - k i следует, что удельная работа вихревого поля (т. е. ЭДС самоиндукции е і) равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля. Учитывая, что удельная работа кулоновского поля равна напряжению на концах катушки, можно записать: е і = - u . При изменении силы тока по гармоническому закону: i = I m sin t ЭДС самоиндукции равна: e і = - L i " = - L l m cos t. Так как u = - е і , то напряжение на концах катушки оказывается равным

Следовательно, колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на (рис. 4.18) Амплитуда силы тока в катушке равна: и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим: Величину X L , равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением. Согласно формуле (4.35) действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения и индуктивным сопротивлением соотношением, подобным закону Ома для цепи постоянного тока. Индуктивное сопротивление зависит от частоты Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки. При = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (X L = 0). Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше амплитуда силы тока. Катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току. Это сопротивление, называемое индуктивным, равно произведению циклической частоты на индуктивность. Колебания силы тока в цепи с индуктивностью отстают по фазе от колебаний напряжения на