11 кл урок 13.10. Урок 13. 10 Организационная часть
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
Урок 13.10 Организационная часть: (5 минут). На прошлых уроках мы с вами начали изучать переменный ток. Давайте вспомним с вами основные понятия, характеризующие переменный ток. Что называют электромагнитными колебаниями? Какие электромагнитные колебания называют вынужденными? Дайте определение переменного электрического тока. По каким законам меняются мгновенные значения напряжения и силы тока в цепи переменного тока и чему равен сдвиг фаз между ними? Теперь решим задачу. Напряжение на концах участка цепи, по которой течет переменный ток, изменяется с течением времени по закону u=Umsin(ω0t+π/6). В момент времени t=T/12 мгновенное значение равно 10В. Найти амплитуду напряжения. Большинство потребителей электрической энергии работает на переменном токе. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Это объясняется преимуществом производства и распределения этой энергии. Переменный ток получают на электростанциях, преобразуя с помощью генераторов механическую энергию в электрическую. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным заключается в возможности с помощью трансформаторов повышать или понижать напряжение, с минимальными потерями передавать электрическую энергию на большие расстояния. Кроме того, генераторы и двигатели переменного тока более просты по устройству, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока. Почему нельзя прибор, в паспорте которого указано, что он предназначен для переменного тока, включать в сеть постоянного тока? (Выйдет из строя, произойдет перегорание проводящих частей.) Почему нельзя заряжать аккумулятор переменным током? (Зарядка не возможна, так как химическая реакция будет протекать, изменяя направление с частотой тока и перераспределение зарядов не произойдет) Сегодня мы рассмотрим, как ведут себя различные потребители (сопротивления) в цепях переменного тока. Потребители могут обладать сопротивлением: активным (нити ламп накаливания, спирали электронагревательных приборов и реостатов, резисторы), индуктивным (катушки индуктивности, обмотки трансформаторов, двигателей, различных типов реле, дроссели (для ограничения тока в электрических цепях)) и ёмкостным. Простейший конденсатор – это два проводника, разделенных слоем изоляции. Поэтому многожильные провода, кабели, обмотки электродвигателей и т. д. имеют емкостное сопротивление. (конденсатор, длинные линии электропередачи, электрические кабели). Активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя. Запишем тему урока «Электрические цепи переменного тока с активным, индуктивным и ёмкостным сопротивлением».   1.  Резистор - единственный элемент, для которого ток и напряжение совпадают по фазе. Для того чтобы показать разность фаз между током и напряжением в общем случае, используют векторную диаграмму, на которой вектор, изображающий амплитудное напряжение (Umax), расположен под углом к оси токов. Угол, который вектор Umax образует с осью токов, показывает, насколько фаза напряжения опережает фазу тока. Цепь с резистором R и соответствующая ей векторная диаграмма представлены на рис. 1.   Рисунок1 – Цепь переменного тока с резистором и ее векторная диаграмма Поскольку ток и напряжение изменяются в одинаковой фазе, векторы Umax и Imax отложены по одной прямой в одном направлении. В принципе любому переменному току сопутствует электромагнитное излучение. Однако для частот переменного тока, используемых в промышленности, интенсивность такого излучения ничтожно мала, и потерями энергии на электромагнитное излучение пренебрегают. Поэтому работа переменного тока, протекающего через резистор, полностью превращается в его внутреннюю энергию. В связи с этим сопротивление резистора называют активным. Для всех частот переменного тока, который используется в технике, сопротивление резистора (XR) остается постоянным и совпадает с его сопротивлением в цепи постоянного тока:  Существует договоренностьо том, что по умолчанию для цепи переменного тока указывают именно действующие значения. Например, напряжение в бытовой сети переменного тока равно 220 В. Указанное значение 220 В является действующим значением напряжения.
   Катушка индуктивности в цепи переменного тока Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности. и предположим, что активное сопротивление цепи, включая провод катушки, настолько мало, что им можно пренебречь. В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой. Иначе обстоит дело, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том. что катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току. Ток в цепи  ,где XL – индуктивное сопротивление цепи, равное  ,где L – индуктивность (Гн) – параметр, характеризующий свойства обмоток катушек электрических аппаратов и машин. В такой цепи, также в соответствии с формой напряжения приложенной к цепи и в различное время (участки 0 – 1, 1 – 2), идет вначале потребление электрической энергии, которая накапливается в виде энергии магнитного поля, после чего она возвращается в сеть. Векторная диаграмма и схема цепи представлена на рис. 2.   Рисунок 2 –Цепь переменного тока с индуктивностью и ее векторная диаграмма Здесь, напряжение на индуктивном сопротивлении равно  .Как видно из векторной диаграммы вектор тока отстает от вектора напряжения на угол φ=90°. Теперь, под записью φ=90° - отстающий – надо понимать то, что вектор тока отстает от вектора напряжения на угол φ=90°. 3.  Включим в цепь переменного напряжения конденсатор емкостью С. Вместе с изменением напряжения будет меняться и заряд конденсатора, а в подводящих проводах возникнет ток. Заряд конденсатора связан с напряжением в цепи соотношением  Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока называют емкостным сопротивлением. Его величина:  Цепь с конденсатором и соответствующая ей векторная диаграмма представлены на рис. 3.   Рисунок 3 –Цепь переменного тока с конденсатором и ее векторная диаграмма Поскольку напряжение отстает по фазе от тока на π/2, вектор Umax повернут относительно оси токов по часовой стрелке (в математике это направление считают отрицательным).   Активное сопротивление пропускает и постоянный и переменный ток. Индуктивное - Пропускает постоянный и переменный ток. Емкостное - Пропускает переменный и не пропускает постоянный. Заполнить таблицу !!!!!
Закон Ома для переменного тока. В действительности участок цепи, по которому протекает переменный электрический ток, обладает свойствами активного, емкостного и индуктивного сопротивлений, правда, в разной степени. В каких-то случаях тем или иным сопротивлением можно пренебречь – в зависимости от решаемой задачи. Рассмотрим процессы, происходящие на реальном участке цепи, представляющем собой последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности.  Отношения между физическими величинами для такого участка значительно сложнее, поэтому обратимся к главным результатам.  Полное электрическое сопротивление цепи переменному току:  Величина  называется реактивным сопротивлениемили реактансом. Закон Ома для цепи переменного тока запишется в виде:  Формулировка закона Ома для цепи переменного тока: Амплитуда силы переменного тока прямо пропорциональна амплитуде напряжения и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Закон Ома для действующих значений силы тока и напряжения:  Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения можно определить из векторной диаграммы:  |