Физика 11 класс сопротивление в цепи переменного тока

Физика 11 класс сопротивление в цепи переменного тока

«Физика — 11 класс»

Активное сопротивление

Сила тока в цепи с резистором

Есть цепь, состоящая из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R.

Сопротивление 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.
Напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:

u = U_m cos ωt

Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения.
По закону Ома мгновенное значение силы тока:

В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение меняются.
При прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет меняться во времени.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой

Р = I 2 R

Мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой

Р = i 2 R

Cреднее значение мощности за период (используем формулу для мгновенного значения силы тока и выражение ):

График зависимости мгновенной мощности от времени (рис.а):

Согласно графику (рис.б) среднее за период значение cos 2ωt равно нулю, а значит равно нулю второе слагаемое в формуле для среднего значения мощности за период.

Тогда средняя мощность равна:

Действующие значения силы тока и напряжения.

Среднее за период значение квадрата силы тока:

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:

Закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором в действующих значениях:

В случае электрических колебаний 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.

Действующие значения непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока:

р = I 2 R = UI.

Итак:
Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник



АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 11 класс Учитель физики Врагова Е.Г. МОУ СОШ 9 г. ХОЛМСК САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ. — презентация

Презентация была опубликована 7 лет назад пользователемЛидия Ларионова

Похожие презентации

Презентация на тему: » АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 11 класс Учитель физики Врагова Е.Г. МОУ СОШ 9 г. ХОЛМСК САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ.» — Транскрипт:

1 АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 11 класс Учитель физики Врагова Е.Г. МОУ СОШ 9 г. ХОЛМСК САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ

2 Заполнить таблицу ЗаданиеТип сопротивления АктивноеИндуктив- ное Емкостное 12345

3 НАГРУЗКА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА РЕАКТИВНАЯ ИндуктивнаяЕмкостная АКТИВНАЯ

4 Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями. 15 Ом

5 От чего зависит активное сопротивление проводника? Удельное сопротивление проводника Длина проводника в метрах Площадь поперечного сечения проводника в мм 2

6 МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ СИЛЫ ТОКА

7 АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА i,ui,u t iuiu

10 Емкостное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической емкостью

12 ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА i,ui,u t iuiu

13 i,ui,u t iuiu Ic Uc 0

15 Одинаков ли цвет фигур?

16 Индуктивное сопротивление- величина, характеризующее сопротивление, оказываемое переменному току индуктивностью цепи

18 ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА i,ui,u t iuiu

19 i,ui,u t iuiu I U 0

22 Литература Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика 11»

Источник

Сопротивление в цепи переменного тока. 11 класс. Физика.

Сопротивление в цепи переменного тока. 11 класс. Физика.

• Оглавление
• Занятия
• Обсуждение
• О курсе

Вопросы

Задай свой вопрос по этому материалу!

Поделись с друзьями

Комментарии преподавателя

Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления

Включая в электрическую цепь какого-нибудь источника тока различные проводники и амперметр, можно заметить, что при разных проводниках показания амперметра различны, т. е. сила тока в данной цепи различна. Так, например, если вместо железной проволоки АВ (рис.) включить в цепь такой же длины и сечения никелиновую проволоку CD, то сила тока в цепи уменьшится, а если включить медную EF, то сила тока значительно увеличится.

Рис. Зависимость силы тока от свойств проводников

Вольтметр, поочерёдно подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение. Значит, сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников, включённых в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление — физическая величина. Обозначается оно буквой R.

За единицу сопротивления принимают 1 ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 вольт сила тока равна 1 амперу. Кратко это записывают так:

Применяют и другие единицы сопротивления: миллиом (мОм), килоом (кОм), мегаом (МОм).

1 мОм = 0,001 Ом;
1 кОм = 1000 Ом;
1МОм= 1000 000 Ом.

В чём причина сопротивления? Если бы электроны в проводнике не испытывали никаких помех в своём движении, то они, будучи приведены в упорядоченное движение, двигались бы по инерции неограниченно долго. В действительности электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла. При этом замедляется упорядоченное движение электронов и сквозь поперечное сечение проводника проходит за 1 с меньшее их число. Соответственно уменьшается и переносимый электронами за 1 с заряд, т. е. уменьшается сила тока. Таким образом, каждый проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает ему сопротивление.

Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки.

Разные проводники обладают различным сопротивлением из-за различия в строении их кристаллической решётки, из-за разной длины и площади поперечного сечения.

Активные и реактивные сопротивления в цепи переменного тока

Активное сопротивление — это сопротивление таких элементов, на которых происходит безвозвратное преобразование электрической энергии в другой вид энергии (например, резистор). Обозначается буквой R.

Реактивное сопротивление — это сопротивление таких элементов, которые создают угол сдвига фаз между током и напряжением (например, катушка индуктивности и конденсатор). Обозначается буквой Х.

Активная мощность — это средняя мощность за период.

Реактивная мощность — это величина, характеризующая интенсивность обмена энергией между источником и реактивным сопротивлением.

К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.
Использованные источники:

Источник

Физика 11 класс сопротивление в цепи переменного тока

2-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

4. Электромагнитные колебания и волны

УРОК 5/47

Тема. Активное сопротивление в цепи переменного тока

Цель урока: рассмотреть фазовые соотношения между током и напряжением в цепи переменного тока активного сопротивления.

Тип урока: урок изучения нового материала.

1. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре.

2. Формула Томсона.

3. Переменный электрический ток.

4. Генератор переменного тока .

Резистор в цепи переменного тока .

Изучение нового материала

1. Активное сопротивление.

2. Действующие значения силы тока и напряжения.

3. Мощность в цепи переменного тока .

Закрепление изученного материала

1. Качественные вопросы.

2. Учимся решать задачи .

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Изучая постоянный ток, мы узнали, что все проводники имеют электрическое сопротивление. Проводники оказывают сопротивление и переменный ток, однако в цепях переменного тока существуют различные виды сопротивлений: активные и реактивные сопротивления.

Ø Элемент электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю энергию, называют активным сопротивлением R .

Пусть круг состоит из соединительных проводов и имеет нагрузку малой индуктивности и значительного сопротивления R . Будем считать, что напряжение на полюсах источника тока изменяется по закону: u = Umaxcosωt .

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 активного сопротивления колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством:

2. Действующие значения силы тока и напряжения

С понятиями мгновенного и амплитудного значения тока, напряжения и ЭДС мы уже осведомлены. Возникает вопрос, какое значение силы тока или напряжения принять для характеристики этого тока. Ведь мгновенное значение переменного тока все время меняется, колеблясь между нулем и максимальным значением. Можно было бы охарактеризовать величину переменного тока его амплитудой. Это в принципе возможно, но практически очень неудобно, потому что сложно построить такие приборы, которые измеряли бы амплитуду переменного тока.

Среднее значение силы тока за период равно нулю и также не может служить его характеристикой. Действительно, если включить амперметр постоянного тока в цепь переменного тока, то он покажет ноль.

Удобно использовать для характеристики переменного тока какую-нибудь свойство, которое не зависит от направления тока. Таким свойством является, например, тепловое действие тока. Поскольку Q = I 2 Rt , то уже среднее значение квадрата силы тока за период не равна нулю.

Пусть сила тока изменяется по закону Тогда можно записать: С учетом можно записать: Среднее значение косинуса за период равно нулю, следовательно, Таким образом, в случае синусоидального тока действующее значение тока связано с амплитудой в такой способ:

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, что выделит в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время. Аналогично:

Шкалы измерительных приборов переменного тока градуируют именно в действующих значениях. В паспортах электротехнических машин, аппаратов и приборов переменного тока указаны действующие значения силы тока и напряжения.

3. Мощность в цепи переменного тока

Мощность постоянного тока можно вычислить по формуле:

Определим среднее значение pcp мощности переменного тока. Мгновенную мощность можно определить по формуле p = i 2 R . Тогда Отсюда:

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Какие энергетические превращения происходят в цепях переменного тока, содержащих только активное сопротивление?

2. Почему мы не замечаем мерцание лампочек, включенных в осветительную сеть переменного тока?

1. Можно ли измерить чувствительным електрометром напряжение в цепи переменного тока?

2. Амперметр, включенный в круг переменного тока, показывает 1 А. Каково амплитудное значение силы этого тока?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Можно ли в круг переменного тока напряжением 220 В включать конденсатор, пробивное напряжение которого 250 В?

2. В какой момент времени от начала колебания мгновенное значение переменного тока равно действующему значению?

3. В осветительных цепях переменного тока применяют напряжения 220 и 127 В. На какие напряжения может быть рассчитана изоляция в этих кругах?

2 ) . Учимся решать задачи

1. Напряжение в сети изменяется по закону u = 310 sinωt . Какое количество теплоты выделится за 1 мин в включенной в эту сеть электрической плитке активного сопротивления 60 Ом?

2. На участке цепи активного сопротивления 900 Ом сила тока изменяется по закону i = 0,5 sin 100 t (А). Определите: действующие значения силы тока и напряжения; мощность, выделяемая на участке. Запишите уравнение зависимости u ( t ).

3. На рисунке приведен график зависимости напряжения в сети от времени. За какое время закипит вода в чайнике, содержащий 1,5 л воды, если сопротивление нагревательного элемента чайника 20 Ом, КПД чайника 72 %, а начальная температура воды 20 °С?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Элемент электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю, называется активным сопротивлением.

• В проводнике активного сопротивления колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуду силы тока определяют равенством:

• Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, что выделит в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время:

• Мощность в цепи переменного тока:

1. Подр-1: § 30 (п. 1, 2); подр-2: § 16 (п. 1).

Источник