Elektromosság. Ez az előadás az „egyen- és váltóáram” témát fedi le. Az előadás középiskolás diákoknak szól. Az előadás középiskolás diákoknak szól. 1 Az elektromosság alapvető törvényei.

9 Ha egy áramkörben az áramerősség nagysága és iránya idővel változik (változik a szabad töltések mozgási sebessége és iránya), akkor az ilyen elektromos áramot váltakozó áramnak nevezzük. Váltakozó elektromos áram Oroszországban a váltakozó áram ipari frekvenciája 50 Hertz (USA - 60 Hz) - ez azt jelenti, hogy egy másodperc alatt 50 (60) teljes áramingadozás következik be, így nem vesszük észre az izzók villogását

Elektromos áramvezetési képességük alapján az anyagokat 1. vezetőkre osztják, amelyekben szabad töltésű részecskék vannak; 2. Nem vezetők, amelyekben az összes töltött részecske meg van kötve; 3. A félvezetők olyan anyagok, amelyeket felmelegítve vagy megvilágítva szabad töltésű részecskék jelennek meg. tizenegy

Elektromos áram keletkezéséhez szükséges: 1. Egy vezető jelenléte, azaz szabadon töltött részecskék (elektronok, ionok); 2. Áramforrás jelenléte, amelyen belül a töltések elkülönülnek és felhalmozódnak az áramforrás pólusain; 3. Az elektromos áramkört le kell zárni. 12

Különböző áramforrások léteznek, de mindegyikben elkülönülnek a pozitív és negatív töltésű részecskék, amelyek a pólusokon halmozódnak fel. 13 Elemek és galvánelemek. A töltések szétválása kémiai reakciók miatt következik be Hőelem - ha két különböző fém találkozási pontját melegítjük, elektromos áram keletkezik. Alkalmazás érzékelőkben. Fotocellák és napelemek. A töltés szétválása fény hatására történik. A fő elem a félvezetők. Alkalmazás számológépekben és háztartási gépekben, űrhajókban.

Különböző áramforrások léteznek, de mindegyikben elkülönülnek a pozitív és negatív töltésű részecskék, amelyek a pólusokon halmozódnak fel. 14 Váltakozó áramú generátorok, az erőművek fő része. A dobra (armatúrára) feltekercselt, mágneses térben forgó huzaltekercsben váltakozó elektromos áram jön létre, amelyet csúszógyűrűkön keresztül távolítanak el. Általában elektromágnest használnak mágneses tér létrehozására. Erőteljes generátorokban egy elektromágnes forog egy álló tekercs belsejében. A forgó részt rotornak, az állórészt állórésznek nevezzük. DC generátorok. A dobra (armatúrára) feltekercselt, mágneses térben forgó huzaltekercsben váltakozó elektromos áram jön létre, amelyet kommutátorkeféken keresztül távolítanak el. A kollektor egy félbevágott gyűrű. A gyűrű mindegyik fele az armatúra tekercs különböző végeihez van rögzítve. Ha a kefék megfelelően vannak felszerelve, mindig csak egy irányba vonják le az áramot. Egyenáramú generátorokra van szükség például az akkumulátor töltéséhez.

Erőművek (indukciós) Szélerőművek A fő elem egy indukciós váltakozó áramú generátor. A motor egy szélturbina. A tekercs egy turbinához csatlakozik (egy járókerekes kerék), és egy mágnes belsejében forog. A tekercs és a mágnesek túlnyúlnak a csúszda síkján Magnet N turbine S Magnet Wind Wind Wind Megjegyzés: A nagy teljesítményű generátorokban egy elektromágnes forog egy álló tekercs belsejében.

Erőművek (indukciós) Vízerőművek A fő elem egy indukciós váltakozó áramú generátor. A motor egy hidraulikus turbina. A tekercs egy turbinához csatlakozik (egy járókerekes kerék), és egy mágnes belsejében forog. A tekercs és a mágnesek túlnyúlnak a csúszda síkján Magnet N turbine S Magnet Water Water Megjegyzés: az erős generátorokban egy elektromágnes forog egy álló tekercs belsejében.

Erőművek (indukciós) Hő- és atomerőművek, kapcsolt hő- és erőművek Fő eleme egy indukciós váltóáramú generátor. A motor egy gőzturbina. A tekercs egy turbinához csatlakozik (egy járókerekes kerék), és egy mágnes belsejében forog. A tekercs és a mágnesek túlnyúlnak a csúszda síkján Magnet N turbine S Magnet Forró gőz Megjegyzés: Erőteljes generátorokban egy elektromágnes forog egy álló tekercs belsejében.

19 Megnevezés - U Megnevezés - U Készülék – voltmérő Mértékegység - 1 volt (V) 1kV=1000V=10 3 V; 1MV= V=10 6 V Az elektromos feszültség a töltés mozgatásakor végzett terepmunka és az átvitt töltés aránya

20 Megnevezés - R Készülék – ohmmérő Mértékegység - 1 Ohm (Ω) 1kOhm=1000 Ohm=10 3 Ohm; 1 MΩ = Ohm = 10 6 Ohm A vezető elektromos ellenállása a vezető elektromos áramvezetési képességét jellemzi. Ha a vezető ellenállása nagyobb, akkor a vezető kevésbé jól vezeti az áramot.

21 Vezető ellenállása - egy 1 méter hosszú és 1 mm 2 keresztmetszeti területű vezető ellenállása A mértékegység (Ohm * mm 2) / m egy táblázatos érték. Képlet ρ = (R*S)/l Vezető hossza méterben Vezető keresztmetszete mm 2 Ha a keresztmetszet kör alakú, akkor S=π*r 2 Képlet a vezeték ellenállásának számításához vezető (Ohm) cm 2 terület átalakítása mm 2 -re 1 cm = 10 mm; 1cm2 =(10mm)2 =100mm 2

Ohm törvénye a teljes áramkörre Az áramerősség az áramkörben egyenesen arányos az áramforrás elektromotoros erejével és fordítottan arányos az áramkör külső és belső szakaszainak elektromos ellenállásainak összegével Áramerősség (A) EMF-elektromotor az áramforrás ereje (B) Terhelési ellenállás (Ohm) Az áramforrás belső ellenállása ( Ohm)

24 Vezetők soros bekötése Soros kapcsolásnál az áramerősség az áramkör bármely részén azonos I = I 1 = I 2 Az áramkör teljes ellenállása soros kapcsolásnál egyenlő az egyed ellenállásainak összegével vezetők R = R 1 + R 2 Az áramkör teljes feszültsége soros kapcsolásban, vagy az áramforrás pólusain lévő feszültség megegyezik az áramkör egyes szakaszaiban lévő feszültségek összegével: U = U 1 + U 2 R1R1 R2R2

25 Vezetők párhuzamos bekötése A feszültség az áramkör szakaszán és az összes párhuzamosan kapcsolt vezető végén azonos U = U 1 = U 2 Az áramkör el nem ágazó részében az áram az áramok összegével egyenlő az egyes párhuzamosan kapcsolt vezetékekben I = I 1 + I 2 R1R1 R2R2

1 a 10-ből

Előadás a témában: Váltakozó elektromos áram

1. dia

Dia leírása:

2. dia

Dia leírása:

A szabad elektromágneses rezgések az áramkörben gyorsan elhalványulnak, ezért gyakorlatilag nem használják őket. Ezzel szemben a csillapítatlan kényszerrezgések nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak. Kényszer elektromos rezgések akkor jelennek meg, ha az áramkörben periodikus elektromotoros erő van. Elektromos lámpák lakásainkban és az utcán, hűtőszekrény és porszívó, TV és magnó - ezek mind az elektromágneses rezgések energiáját használják fel. Az elektromágneses rezgések alkalmazásán alapul az üzemekben és gyárakban gépeket meghajtó, villamos mozdonyokat meghajtó villanymotorok működése stb. Mindezekben a példákban az elektromágneses rezgések egyik típusának - a váltakozó elektromos áram - használatáról beszélünk. A változó áram olyan áram, amelynek nagysága és iránya periodikusan változik. A váltakozó elektromos áram az energetikai elektromos áramkörökben a bennük lévő kényszerített elektromágneses rezgések gerjesztésének eredménye, amelyeket váltakozó áramú generátor hoz létre.

3. dia

Dia leírása:

Tekintsük a váltóáramú áramkörhöz csatlakoztatott vezetőben végbemenő folyamatokat. Ha a vezető induktivitása olyan kicsi, hogy váltóáramú áramkörre kapcsolva az induktív mezők elhanyagolhatók a külső elektromos térhez képest, akkor az elektromos töltések mozgását a vezetőben csak a a külső elektromos tér, amelynek erőssége arányos a vezető végein lévő feszültséggel. Amikor a feszültség egy harmonikus törvény szerint változik, a vezető elektromos térerőssége ugyanezen törvény szerint változik. Váltakozó elektromos tér hatására a vezetőben váltakozó elektromos áram keletkezik, melynek rezgési frekvenciája és fázisa egybeesik a feszültségingadozások frekvenciájával és fázisával: U=Um cos ωt i=Im cos ωt

4. dia

Dia leírása:

Az S területű huzalvázon áthatoló Ф mágneses indukció fluxusa arányos a keret normálja és a Ф=B*S*cos α mágneses indukcióvektor közötti α szög koszinuszával A keret egyenletes elforgatásával, α szög egyenes arányban nő az idővel α= ωt ahol ω a keret forgási szögsebessége

5. dia

Dia leírása:

Az áramerősség ingadozása egy áramkörben kényszerű elektromos rezgések, amelyek az alkalmazott váltakozó feszültség hatására lépnek fel. Az áram amplitúdója egyenlő: Im= Um / R Ha az áram és a feszültség rezgésének fázisai egybeesnek, a váltakozó áram pillanatnyi teljesítménye egyenlő: P = i*U = ImUm cos2 ωt A négyzetes koszinusz 1 periódusra 0,5. Ennek eredményeként az időszak átlagos teljesítménye P = Im Um / 2 = Im2R / 2

6. sz. dia

Dia leírása:

A váltakozó áramú áramkörben lévő ellenállást, amelyben az elektromos energia hasznos munkává vagy hőenergiává alakul, aktív ellenállásnak nevezzük. A pillanatnyi áramérték egyenesen arányos a pillanatnyi feszültség értékével. Ezért az áram pillanatnyi értékének meghatározásához alkalmazhatjuk Ohm törvényét i=u/R=Um cos ωt/R = Im cos ωt Aktív ellenállású vezetőben az áramingadozások fázisban egybeesnek a feszültségingadozásokkal, és az amplitúdó Az áramerősség mértékét az Im= Um /R egyenlőség határozza meg

9. dia

Dia leírása:

10. dia

Dia leírása:

Az áramerősség négyzetének átlagértékének négyzetgyökével egyenlő értéket a váltakozó áram erősségének effektív értékének nevezzük. A váltóáram effektív értékét I-vel jelöljük: A váltakozó feszültség effektív értékét az áram effektív értékéhez hasonlóan határozzuk meg: Az ellenállásos áramkörben az áramingadozások fázisban vannak a feszültségingadozásokkal, és a teljesítmény az áram és a feszültség effektív értékei határozzák meg.

A prezentáció leírása külön diánként:

1 csúszda

Dia leírása:

2 csúszda

Dia leírása:

Válaszoljon a kérdésekre: Mit nevezünk elektromágneses oszcillációnak? Mi a különbség a szabad és a kényszerített elektromos rezgések között? Hogyan függ össze a töltés és az áramingadozás amplitúdója, amikor a kondenzátort tekercsen keresztül kisütik? Milyen képlettel határozzuk meg a szabad elektromos rezgések természetes ciklikus frekvenciáját? Milyen képlettel határozzuk meg a szabad elektromos rezgések periódusát? Hogyan változik meg az áramkörben a szabad elektromos rezgések periódusa, ha a benne lévő kondenzátor kapacitását megkétszerezzük vagy felezzük? Mekkora az áramkör energiája egy tetszőleges időpillanatban?

3 csúszda

Dia leírása:

Önálló munkavégzés 633, 636 1.var 5. sz. Az oszcillációs áramkör egy 10 μF kapacitású kondenzátorból és egy 10 mH induktivitású tekercsből áll. Határozza meg a feszültségingadozások amplitúdóját, ha az áramingadozás amplitúdója 0,1 A. 2.var.No.8. Az oszcilláló áramkör tekercsének induktivitása 0,5 mH. Ezt az áramkört 1 MHz-es frekvenciára kell beállítani. Mekkora legyen a kondenzátor kapacitása ebben az áramkörben? 3. 948. sz. általános feladat Az oszcillálóköri kondenzátor kapacitása 1 μF, a tekercs induktivitása 0,04 H, a feszültségingadozások amplitúdója 100V. Adott időpillanatban a kondenzátor feszültsége 80 V. Keresse meg a maximális áramerősséget, Teljes energiát, elektromos mező energiáját, mágneses mező energiáját. Pillanatnyi áramérték.

4 csúszda

Dia leírása:

A váltakozó elektromos áram csillapítatlan kényszerített elektromos rezgések. Az idő múlásával változó elektromos áramot váltakozó áramnak nevezzük. A váltakozó áramot széles körben alkalmazzák: lakások világítási hálózatában, gyárakban, gyárakban stb. Az áramerősség és a feszültség idővel egy harmonikus törvény szerint változik. A feszültségingadozások oszcilloszkóppal érzékelhetők.

5 csúszda

Dia leírása:

A váltakozó áram frekvenciája az 1 s alatti rezgések száma. Oroszországban és más országokban az ipari váltóáram szabványos frekvenciája 50 Hz (1 másodpercen belül az áram 50-szer folyik egy irányba és 50-szer az ellenkező irányba ). Az USA-ban, Kanadában, Japánban az ipari váltakozó áram frekvenciája 60 Hz. A repülőgépek fedélzeti hálózatában 400 Hz frekvenciájú váltakozó áramot használnak.

6 csúszda

Dia leírása:

A világítási hálózat aljzataiban váltakozó feszültséget az erőművek generátorai állítanak elő, a keret mágneses térben forog. Mivel a kereten áthatoló mágneses fluxus idővel változik, indukált változó EMF keletkezik benne: , e = – dФ/dt = -B∙S∙(cos ωt) = B∙S∙ω∙sin ωt = = εm∙ sin ωt, ahol εm = B∙S∙ω – az indukált emf amplitúdója. ω a keret forgási szögsebessége, a ciklikus frekvencia szerepét tölti be.

7 csúszda

Dia leírása:

Az áramkör végein a feszültség harmonikus törvény szerint változik, és a vezetők belsejében az elektromos térerősség is harmonikusan változik. A térerősség ezen harmonikus változásai viszont harmonikus rezgéseket okoznak a töltött részecskék rendezett mozgásának sebességében, vagyis az áramerősség harmonikus rezgéseit.

8 csúszda

Dia leírása:

A váltakozó áramú generátor egy olyan eszköz, amely a mechanikai energiát váltakozó áramú energiává alakítja. A generátor működése az elektromágneses indukció jelenségén alapul.

9. dia

Dia leírása:

Az áramkörben az áram egy irányba folyik a keret fél fordulatáig, majd irányt vált az ellenkezőjére. A váltakozó áramú generátor fő részei: induktor, armatúra, kommutátor, állórész, forgórész.

10 csúszda

Dia leírása:

Tovább vizsgáljuk azokat a kényszerített elektromos rezgéseket, amelyek a szinusz vagy koszinusz törvénye szerint ω ciklikus frekvenciával változó feszültség hatására fellépő áramkörökben: u = Um ∙ sin ωt vagy u = Um cos ωt Um a feszültség amplitúdója, ω a feszültség és az erőáram ciklikus frekvenciája az áramkörben. i= Im∙sin (ωt + φc) áramerősség і bármikor. Az áramingadozások fázison kívül vannak a feszültségingadozásokkal. Im az áram amplitúdója, φc az áram és a feszültség ingadozása közötti fáziskülönbség (eltolódás).

11 csúszda

Dia leírása:

Aktív ellenállás. Az áram és a feszültség effektív értéke. R-t aktív ellenállásnak nevezzük, mert ilyen ellenállású terhelés jelenlétében az áramkör elnyeli a generátortól érkező energiát. Ez az energia a vezetők belső energiájává alakul - felmelegednek. Pillanatnyi áramérték Ohm törvénye szerint:

12 csúszda

Dia leírása:

A váltóáram effektív (effektív) értéke az olyan egyenáram erőssége, amely az áramkörön áthaladva az adott váltakozó árammal azonos mennyiségű hőt bocsátana ki. I0,U0, - az áram és a feszültség amplitúdója. Id., Ud., - az áram és a feszültség effektív értéke. Az átlagos váltóáram az áramkör ellenállást tartalmazó szakaszában:

13. dia

Dia leírása:

A váltakozó áramú áramkörben a rezonancia (feszültségrezonancia) az áramkörben a váltakozó áram amplitúdójának éles növekedésének jelensége. A rezonancia frekvenciáját rezonanciafrekvenciának nevezzük. A rezonanciafrekvencia megegyezik az áramkör szabad rezgésének frekvenciájával.

14. dia

A prezentáció előnézetének használatához hozzon létre egy Google-fiókot, és jelentkezzen be: https://accounts.google.com

Diafeliratok:

Ekaterina Vladimirovna Alekseeva fizikatanár az MSGU-n Fizika előadása

Előadás témái 1) Váltakozó elektromos áram. 2) Aktív ellenállás. Az áram és a feszültség effektív értékei. 3) Kondenzátor az AC áramkörben. 4) Induktor egy váltakozó áramú áramkörben.

Mint tudjuk, az áram (elektromos) lehet váltakozó vagy állandó. A váltakozó áram (angolul: alternating current) olyan elektromos áram, amelynek nagysága és iránya periodikusan változik. Jelenleg a váltakozó elektromos áramot nagyon széles körben használják. Ezt váltakozó áramú elektromos generátorokkal lehet előállítani, elektromágneses indukció segítségével. Az ábra egy primitív berendezést mutat váltóáram előállítására. A telepítés működési elve egyszerű. A huzalkeret egyenletes mágneses térben, állandó sebességgel forog. A keret végei a vele együtt forgó gyűrűkre vannak rögzítve. Az érintkezőként működő rugók szorosan illeszkednek a gyűrűkre. A keret felületén folyamatosan változó mágneses fluxus fog áthaladni, de az elektromágnes által keltett fluxus állandó marad. Ebben a tekintetben egy indukált emf keletkezik a keretben. A váltakozó áram a hagyományos egy- és háromfázisú hálózatok áramára is utal. Ebben az esetben az áram és a feszültség pillanatnyi értéke harmonikus törvény szerint változik. Váltakozó elektromos áram

A lakás világítási hálózatában a váltakozó áram, amelyet gyárakban stb. használnak, nem más, mint kényszerű elektromágneses rezgés. Ezek a feszültségingadozások oszcilloszkóppal könnyen észlelhetők (4.8. ábra) Az ipari váltóáram szabványos frekvenciája 50 Hz. Ez azt jelenti, hogy 1 s leforgása alatt az áram 50-szer folyik egy irányba, és 50-szer az ellenkező irányba. Az 50 Hz-es frekvencia ipari áramként elfogadott a világ számos országában. Az USA-ban az elfogadott frekvencia 60 Hz. Ha az áramkör végein a feszültség harmonikus törvény szerint változik, akkor a vezetők belsejében az elektromos térerősség is harmonikusan változik. A világítási hálózat aljzataiban váltakozó feszültséget az erőművek generátorai hozzák létre. A váltóáramú generátor legegyszerűbb modelljének egy állandó, egyenletes mágneses térben forgó huzalváz tekinthető. Az S területű huzalvázon áthatoló Ф mágneses indukció fluxusa arányos a keret normálja és a mágneses indukció vektora közötti a szög koszinuszával (4.9. ábra): Ф = BScos a A keret, az a szög az idővel egyenes arányban növekszik: a = 2П nt, ahol n – forgási frekvencia. Ezért a mágneses indukció fluxusa harmonikusan változik: Ф = BS cos 2 П nt, Itt 2П n a mágneses fluxus oszcillációinak száma 2П s-ban. Ez az oszcillációk CIKLUS FREKVENCIÁJA w=2 П n => Ф = BScoswt

Az elektromágneses indukció törvénye szerint az indukciós emf a keretben megegyezik a mágneses indukciós fluxus „-” jellel vett változási sebességével, azaz a mágneses indukciós fluxus időhöz viszonyított deriváltjával: Ha egy oszcillációs áramkör csatlakozik a kerethez, akkor a keret w forgási szögsebessége határozza meg az EMF értékek w rezgésének frekvenciáját, az áramkör különböző részein lévő feszültséget és az áramerősséget. Ha a feszültség ciklikus frekvenciával változik, akkor az áramkörben lévő áram ugyanazzal a frekvenciával változik. De az áramingadozásoknak nem kell feltétlenül fázisban lenniük a feszültségingadozásokkal. Ezért általános esetben az i áramerősséget bármikor (az áramerősség pillanatnyi értéke) a képlet határozza meg. Itt I m ​​az áramerősség amplitúdója, azaz az áramerősség maximális abszolút értéke, ill. az áramerősség és a feszültség ingadozása közötti fáziskülönbség (eltolódás).

Aktív ellenállás. Az áram és a feszültség effektív értékei. Térjünk át a váltakozó feszültségforráshoz csatlakoztatott áramkörben végbemenő folyamatok részletesebb vizsgálatára. Áramerősség értékben ellenállással. Álljon az áramkör összekötő vezetékekből és alacsony induktivitású és nagy ellenállású R terhelésből (4.10. ábra). Ezt a mennyiséget, amelyet eddig elektromos ellenállásnak vagy egyszerűen ellenállásnak neveztünk, most aktív ellenállásnak nevezzük. Az R ellenállást aktívnak nevezzük, mert ilyen ellenállású terhelés esetén az áramkör elnyeli a generátortól érkező energiát. Ez az energia a vezetők belső energiájává alakul - felmelegednek. Feltételezzük, hogy az áramköri kapcsokon a feszültség a harmonikus törvény szerint változik: u = U m cos w t

Az egyenáramhoz hasonlóan az áram pillanatnyi értéke egyenesen arányos a feszültség pillanatnyi értékével. Ezért az áram pillanatnyi értékének meghatározásához alkalmazhatja az Ohm-törvényt: Aktív ellenállású vezetőben az áramingadozások fázisban egybeesnek a feszültségingadozásokkal (4.1. ábra 7), és az áram amplitúdóját az egyenlőség határozza meg. Tápfeszültség ellenállással ellátott áramkörben. Az ipari frekvenciájú (v = 50 Hz) váltakozó áramú áramkörben az áram és a feszültség viszonylag gyorsan változik. Ezért amikor az áram áthalad egy vezetőn, például egy izzószálon, a felszabaduló energia mennyisége is gyorsan változik az idő múlásával. De nem vesszük észre ezeket a gyors változásokat. Általános szabály, hogy ismernünk kell az áramkör egy szakaszának átlagos áramteljesítményét hosszú időn keresztül, beleértve a sok periódust is. Ehhez elegendő egy periódus átlagos teljesítményét megtalálni. Átlagos teljesítmény alatt egy periódus alatt váltakozó áram alatt az áramkörbe egy periódus alatt belépő teljes energia és az időszak közötti arányt értjük. Az egyenáramú áramkör teljesítményét egy R ellenállású szakaszban a következő képlet határozza meg: P = I 2 R. (4.18)

Nagyon rövid idő alatt a váltakozó áram szinte állandónak tekinthető. Ezért a pillanatnyi teljesítményt egy váltóáramú áramkörben egy R aktív ellenállású szakaszban a következő képlet határozza meg: P = i 2 R. (4.19) Határozzuk meg a teljesítmény átlagos értékét a periódusban. Ehhez először átalakítjuk a (4.19) képletet, behelyettesítve az áramerősség (4.16) kifejezést, és a matematikából ismert összefüggést használva

Az átlagos teljesítmény megegyezik a (4.20) képlet első tagjával.Az áramerősség négyzetének átlagértékének négyzetgyökével egyenlő értéket a váltakozó áram erősségének effektív értékének nevezzük. A váltóáram erősségének effektív értékét I-vel jelöljük: A váltóáram erősségének effektív értéke egyenlő annak az egyenáramnak az erősségével, amelynél a vezetőben ugyanannyi hő szabadul fel, mint váltóárammal ugyanannyi ideig. A váltakozó feszültség effektív értékét az áram effektív értékéhez hasonlóan határozzuk meg:

A (4.17) képletben szereplő áram és feszültség amplitúdóértékeit effektív értékükre cserélve megkapjuk az Ohm-törvényt egy váltóáramú áramkör ellenállásos szakaszára.A mechanikai rezgésekhez hasonlóan az elektromos rezgések esetében is általában nem érdekli az áram, feszültség és egyéb mennyiségek értékei minden pillanatban. A rezgések általános jellemzői fontosak, például amplitúdó, periódus, frekvencia, áram és feszültség effektív értékei, átlagos teljesítmény. Az áram és a feszültség effektív értékeit ampermérők és váltakozó áramú voltmérők rögzítik. Ezenkívül az effektív értékek kényelmesebbek, mint a pillanatnyi értékek, mivel közvetlenül meghatározzák a P váltóáram teljesítményének átlagos értékét: P = I 2 R = UI.

Kondenzátor váltóáramú áramkörben Az egyenáram nem tud átfolyni egy kondenzátort tartalmazó áramkörön. Valójában ebben az esetben az áramkör nyitottnak bizonyul, mivel a kondenzátorlemezeket dielektrikum választja el. Váltóáram átfolyhat egy kondenzátort tartalmazó áramkörön. Ez egyszerű kísérlettel ellenőrizhető. Legyen egyen- és váltakozó feszültségű forrásunk, és a forrás kivezetésein az állandó feszültség megegyezik a váltakozó feszültség effektív értékével. Az áramkör egy kondenzátorból és egy izzólámpából áll (4.13. ábra), sorba kapcsolva. Az egyenfeszültség bekapcsolásakor (a kapcsoló balra van fordítva, az áramkör az AA" pontokhoz kapcsolódik), a lámpa nem gyullad ki. De a váltakozó feszültség bekapcsolásakor (a kapcsolót jobbra fordítják, az áramkör a BB" pontokhoz csatlakozik), a lámpa akkor világít, ha a kondenzátor kapacitása elég nagy.

Hogyan folyhat át váltóáram az áramkörön, ha az valóban nyitott (a kondenzátor lapjai között a töltések nem mozoghatnak)? A helyzet az, hogy a kondenzátort váltakozó feszültség hatására időszakosan töltik és kisütik. A kondenzátor feltöltésekor az áramkörben folyó áram felmelegíti a lámpa izzószálát. Határozzuk meg, hogyan változik az áramerősség idővel egy csak kondenzátort tartalmazó áramkörben, ha a kondenzátor vezetékeinek és lemezeinek ellenállása elhanyagolható (4.14. ábra). Feszültség a kondenzátoron Az áramerősség, amely a töltés időbeli deriváltja, egyenlő a következőkkel: Ezért az áramingadozások fázisban megelőzik a kondenzátor feszültségingadozásait (4.15. ábra).

I m = U m C (4.29) Az áram amplitúdója egyenlő: Ha bevezetjük a jelölést: és az áram és a feszültség amplitúdói helyett ezek effektív értékeit használjuk, megkapjuk: X c értéke, az inverz A ciklikus frekvencia és a kondenzátor elektromos kapacitásának C szorzatát kapacitásnak nevezzük. Az áram effektív értéke ugyanúgy kapcsolódik a kondenzátoron lévő feszültség effektív értékéhez, ahogyan az áram és a feszültség az Ohm törvénye szerint egy egyenáramú áramkör szakaszára vonatkozik. Minél nagyobb a kondenzátor kapacitása, annál nagyobb a töltőáram. Ez könnyen észlelhető a lámpa izzásának növekedésével, ahogy a kondenzátor kapacitása nő. Míg a kondenzátor egyenárammal szembeni ellenállása végtelen, addig a váltakozó árammal szembeni ellenállása véges X c értékű. A kapacitás növekedésével csökken. A frekvencia növekedésével ez is csökken A kondenzátoros áramkör ellenállása fordítottan arányos a ciklikus frekvencia és az elektromos kapacitás szorzatával. Az áramingadozások megelőzik a fázis feszültségingadozásait

INDUKTANIA VÁLTÓÁRAMKÖRBEN Az áramkör induktivitása befolyásolja a váltakozó áram erősségét. Ez egy egyszerű kísérlettel igazolható. Állítsunk össze egy áramkört egy nagy induktivitású tekercsből és egy elektromos izzólámpából (4.16. ábra). Egy kapcsoló segítségével ezt az áramkört egyenáramú feszültségforráshoz vagy váltóáramú feszültségforráshoz csatlakoztathatja. Ebben az esetben az egyenfeszültségnek és a váltakozó feszültség effektív értékének egyenlőnek kell lennie. A tapasztalat azt mutatja, hogy a lámpa állandó feszültség mellett erősebben világít. Következésképpen a vizsgált áramkörben a váltakozó áram effektív értéke kisebb, mint az egyenáram. Ezt a különbséget az önindukció jelensége magyarázza. Ha a feszültség gyorsan változik, akkor az áramerősségnek nem lesz ideje elérni azokat az értékeket, amelyeket állandó feszültség mellett idővel elér. Következésképpen a váltakozó áram maximális értékét (amplitúdóját) az áramkör induktivitása korlátozza, és annál kisebb lesz, minél nagyobb az induktivitás és annál nagyobb az alkalmazott feszültség frekvenciája.

Határozzuk meg az áramerősséget egy olyan tekercset tartalmazó áramkörben, amelynek aktív ellenállása elhanyagolható (4.17. ábra). Ehhez először megtaláljuk a kapcsolatot a tekercsen lévő feszültség és a benne lévő önindukciós emf között. Ha a tekercs ellenállása nulla, akkor a vezető belsejében lévő elektromos térerősségnek bármikor nullának kell lennie. Ellenkező esetben az áramerősség Ohm törvénye szerint végtelenül nagy lenne. A nullával egyenlő térerősség azért lehetséges, mert a váltakozó mágneses tér által keltett örvény elektromos tér erőssége minden pontban egyenlő nagyságrenddel és ellentétes irányú a vezetőben lévő töltések által létrehozott Coulomb-tér erősségével. a forrás kivezetéseinél és az áramkör vezetékeiben. Az = - k i egyenlőségből az következik, hogy az örvénymező fajlagos munkája (azaz az önindukció emf e i) nagyságrendileg egyenlő és ellentétes előjelű a Coulomb-mező fajlagos munkájával. Figyelembe véve, hogy a Coulomb-mező fajlagos munkája megegyezik a tekercs végein lévő feszültséggel, felírhatjuk: e і = - u. Amikor az áram a harmonikus törvény szerint változik: i = I m sin t Az önindukciós emf egyenlő: e i = - L i " = - L l m cos t. Mivel u = - e i, a feszültség a végein a tekercs egyenlőnek bizonyul

Következésképpen a tekercs feszültséglengései az áramingadozások fázisában megelőzik, vagy ami ugyanaz, az áramingadozások fázisban késnek a feszültségingadozásoktól (4.18. ábra) A tekercsben lévő áram amplitúdója egyenlő: és az áram és a feszültség amplitúdói helyett ezek effektív értékeit használjuk, ekkor kapjuk: A ciklikus frekvencia és az induktivitás szorzatával megegyező X L értéket induktív reaktanciának nevezzük. A (4.35) képlet szerint az áram effektív értéke a feszültség effektív értékével és az induktív reaktanciával van összefüggésben egyenáramú áramkör Ohm-törvényéhez hasonló összefüggéssel. Az induktív reaktancia a frekvenciától függ, az egyenáram egyáltalán nem „észreveszi” a tekercs induktivitását. = 0-nál az induktív reaktancia nulla (X L = 0). Minél gyorsabban változik a feszültség, annál nagyobb az önindukciós EMF és annál kisebb az áram amplitúdója. Az induktor váltakozó árammal szembeni ellenállást biztosít. Ez az ellenállás, az úgynevezett induktív ellenállás egyenlő a ciklikus frekvencia és az induktivitás szorzatával. Áramerősség-ingadozások egy olyan áramkörben, ahol az induktivitás késik a fázisban a feszültségingadozásoktól

1. dia

GBOU RM SPO (SSUZ) "Saransk Élelmiszer- és Feldolgozóipari Főiskola"

2. dia

Ma az osztályban:

Váltakozó elektromos áram. Ellenállás az AC áramkörben. A feszültség és az áram effektív értékei. Tápellátás az AC áramkörben.

3. dia

Hogyan élne bolygónk, hogyan élnének rajta az emberek hő, mágnes, fény és elektromos sugarak nélkül? Mickiewicz Ádám

4. dia

Krumplihámozó

Törlőgép

Elektromos húsdaráló

Tésztakeverő gép

Kenyérszeletelő

5. dia

Váltakozó áramnak nevezzük azt az elektromos áramot, amelynek erőssége és iránya idővel változik.

A váltakozó elektromos áram kényszerített elektromágneses rezgések.

7. dia

Váltakozó áram akkor fordulhat elő, ha az áramkörben váltakozó emf van. A váltakozó EMF elérése egy áramkörben az elektromágneses indukció jelenségén alapul. Ehhez a vezetőképes keretet egyenletes mágneses térben ω szögsebességgel egyenletesen elforgatjuk. Ebben az esetben a keret normálja és a mágneses indukciós vektor közötti α szög értékét a következő kifejezés határozza meg:

Az emf változó beszerzése

Következésképpen a keretbe behatoló mágneses fluxus nagysága idővel a harmonikus törvény szerint változik:

8. dia

Faraday törvénye szerint, amikor az áramkörön áthaladó mágneses indukciós fluxus megváltozik, az áramkörben indukált emf lép fel. A derivált fogalmával tisztázzuk az elektromágneses indukció törvényének képletét

Amikor az áramkörön áthaladó mágneses fluxus változik, az indukált emf is idővel változik a szinusz (vagy koszinusz) törvény szerint.

az EMF maximális értéke vagy amplitúdója.

Ha a keret N fordulatot tartalmaz, akkor az amplitúdó N-szeresére nő. Ha váltakozó EMF-forrást csatlakoztatunk a vezető végeihez, váltakozó feszültséget hozunk létre rajtuk:

9. dia

Általános összefüggések a feszültség és az áram között

Az egyenáramhoz hasonlóan a váltakozó áram erősségét a vezető végein lévő feszültség határozza meg. Feltételezhetjük, hogy egy adott időpillanatban az áramerősség a vezető minden szakaszában azonos értékű. De az áramingadozás fázisa nem feltétlenül esik egybe a feszültségingadozás fázisával.

Ilyenkor szokás azt mondani, hogy az áram és a feszültség ingadozása között fáziseltolódás van. Általában a feszültség és az áram pillanatnyi értéke meghatározható:

φ – fáziseltolódás az áram és a feszültség rezgések között Im – áramamplitúdó, A.

10. dia

Ellenállás az AC áramkörben

Tekintsünk egy olyan áramkört, amely nagy elektromos ellenállású terhelést tartalmaz. Ezt az ellenállást most aktívnak nevezzük, mivel ilyen ellenállás esetén az elektromos áramkör elnyeli az áramforrásból hozzá érkező energiát, ami a vezető belső energiájává alakul. Egy ilyen áramkörben:

Az elektromos energiát belső energiává alakító elektromos eszközöket aktív ellenállásoknak nevezzük

11. dia

Mivel a pillanatnyi áramérték egyenesen arányos a pillanatnyi feszültség értékével, az Ohm törvénye alapján kiszámítható az áramkör egy szakaszára:

Aktív ellenállású áramkörben az áram és a feszültség ingadozásai közötti fáziseltolódás nulla, azaz. Az áramingadozások fázisban vannak a feszültségingadozásokkal.

12. dia

RMS feszültség és áram értékek

Amikor azt mondják, hogy a városi elektromos hálózatban a feszültség 220 V, akkor nem a feszültség pillanatnyi értékéről és nem az amplitúdó értékéről beszélünk, hanem az úgynevezett effektív értékről. Amikor az elektromos készülékek azt az áramerősséget jelzik, amelyre tervezték, akkor az áramerősség effektív értékét is jelentik.

FIZIKAI JELENTÉS A váltóáram effektív értéke megegyezik az egyenáram erősségével, amely ugyanannyi hőt bocsát ki a vezetőben, mint a váltóáram ugyanannyi idő alatt.

Effektív feszültség értéke:

13. dia

AC táp

A feszültség és az áram effektív értékeit elektromos mérőműszerek rögzítik, és lehetővé teszik az áramkörben lévő váltakozó áram teljesítményének közvetlen kiszámítását. A váltakozó áramú áramkörben a teljesítményt ugyanazok az összefüggések határozzák meg, mint az egyenáramú teljesítményt, amelybe a megfelelő effektív értékeket egyenárammal és állandó feszültséggel helyettesítik:

Ha fáziseltolódás van a feszültség és az áram között, a teljesítményt a következő képlet határozza meg:

14. dia

Ebben a leckében megtanulta, hogy: a váltakozó elektromos áram kényszerített elektromágneses rezgés, amelyben az áramerősség az áramkörben egy harmonikus törvény szerint idővel változik; a váltakozó EMF elérése egy áramkörben az elektromágneses indukció jelenségén alapul; aktív ellenállásnál az áram és a feszültség rezgései közötti fáziskülönbség nulla; a váltakozó áram és a feszültség effektív értéke megegyezik az egyenáram és feszültség értékeivel, amelyeknél ugyanaz az energia szabadulna fel azonos aktív ellenállású áramkörben; A váltakozó áramú áramkör teljesítményét ugyanazok az összefüggések határozzák meg, mint az egyenáramú teljesítményt, amelybe a megfelelő effektív értékeket egyenárammal és állandó feszültséggel helyettesítik.