Физика 9 класс. 1. Физика. Методы познания природы. Физические явления

• Название: 1. Физика. Методы познания природы. Физические явления
• Анкор: Физика 9 класс
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 5.42 Mb.
• Имя файла: fizika_90_voprosov.docx
• Тип: Документы; #527598
• страница: 46 из 64

65. Переменный ток. Получение переменного тока.

Переме́нный ток (англ. alternatingcurrent) — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным^[1].

Условное обозначение на электроприборах:   или   (знак синусоиды), или латинскими буквами  .

Так как переменный ток в общем случае меняется в электрической цепи не только по величине, но и по направлению, то одно из направлений переменного тока в цепи считают условно положительным, а другое, противоположное первому, условно отрицательным. В соответствии с этим и величину мгновенного значения переменного тока в первом случае считают положительной, а во втором случае — отрицательной.

Переменный ток — величина алгебраическая, знак его определяется тем, в каком направлении в рассматриваемый момент времени протекает ток в цепи — в положительном или отрицательном.

Величина переменного тока, соответствующая данному моменту времени, называется мгновенным значением переменного тока.

Максимальное мгновенное значение переменного тока, которое он достигает в процессе своего изменения, называется амплитудой тока  .

График зависимости переменного тока от времени называется развёрнутой диаграммой переменного тока.

Развёрнутая диаграмма переменного синусоидального тока

На рисунке приведена развёрнутая диаграмма переменного тока, изменяющегося с течением времени по величине и направлению. На горизонтальной оси   отложены в определённом масштабе отрезки времени, а по вертикальной оси — величины тока, вверх — от начальной точки   — положительные, вниз — отрицательные. Часть развёрнутой диаграммы тока, расположенная выше оси времени  , характеризует изменение положительных величин во времени, а часть, расположенная ниже оси времени  , — изменение отрицательных величин.

В начальный момент времени   ток равен нулю  . Затем он с течением времени растёт в положительном направлении, в момент времени   достигает максимального значения, после чего убывает по величине и в момент времени   становится равным нулю. Затем, пройдя через нулевое значение, ток меняет свой знак на противоположный, то есть становится отрицательным, затем растёт по абсолютной величине, затем достигает максимума при  , после чего убывает и при   становится равным нулю.

Получение и характеристики переменного тока Наиболее широкое применение в технике находит не постоянный, а переменный ток, изменяющийся со временем по гармоническому закону с частотой, как правило, равной 50 Герцам. Т акой ток создается генераторами переменного тока, в которых электродвижущая сила (ЭДС) возникает в результате процесса электромагнитной индукции. В цилиндрической полости, изготовленной из мягкой стали, вращается постоянный магнит, называемый ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называется статором. Статор и ротор изготовлены так, что магнитная индукция B в зазоре между ними изменяется по закону: B = Bmcos(wt), где Bm – максимальное значение вектора электромагнитной индукции. Магнитный поток через контур катушки равен: Фm = B*S = Bm*S*cos(wt). В обмотке статора при изменении магнитного потока наводится ЭДС, равная ei = - dФ/dt = Bm*S*sin(wt) = emsin(wt). Итак, напряжение, получаемое с помощью генераторов переменного тока, изменяется по гармоническому закону: U = Umsin(wt). Ток в электрических цепях изменяется аналогичным образом: I = Imsin(wt + f). Характеристики переменного тока Средняя мощность переменного тока за период T равна: Pср. = Im*Umcos(f)/2, где f - сдвиг фаз между током и напряжением,   Um и Im - максимальные (амплитудные) значения напряжения и силы тока. Устройства, необратимо и полностью преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии, называют активной нагрузкой, а их сопротивление - активным сопротивлением. В цепи переменного тока с активной нагрузкой колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Если U = Umsin(wt), то I = Imsin(wt) и cos(f) =1. Действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения рассчитываются по формулам: Iд = Im/(2)1/2,   Uд = Um/(2)1/2. Постоянный ток со значениями тока и напряжения, равными действующим значениям, приводит к выделению в электрической цепи с активной нагрузкой за период точно такой же энергии, как и переменный ток с амплитудными значениями Um и Im. Мгновенная мощность в цепи переменного тока с активным сопротивлением равна:  P = I*U.