Меню

При увеличении частоты переменного тока индуктивное сопротивление увеличивается

«Исследование зависимости емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока».
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

Широкова Людмила Николаевна

Изучить зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока при постоянных параметрах элементов.

Скачать:

Вложение Размер
induktivnoe_i_emkostnoe_soprotivlenie.doc 92.5 КБ
elementy_cepey_peremennogo_toka.ppt 397 КБ

Предварительный просмотр:

«Исследование зависимости емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока».

Изучить зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока при постоянных параметрах элементов.

Урок по данной теме проведён

в МОУ «СОШ № 75» г. Чусового

(Районный семинар физиков)

(1час в кабинете информатики)

Тема учебного занятия:

«Исследование зависимости емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока».

Форма учебного занятия: комбинированный урок с использованием информационных технологий.

Класс: 11 класс «Средняя общеобразовательная школа № 75»

Цель урока: Изучить зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока при постоянных параметрах элементов.

`продолжить усвоение понятий «емкостного» и «индуктивного» сопротивлений в цепи переменного тока

`формирование практических навыков экспериментирования в виртуальной физической лаборатории

`продолжить формирование умений самостоятельно работать с полученной информацией

Тип урока: комбинированный (с использованием ИКТ).

компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация к уроку, конструктор —

«Виртуальная лаборатория», лист отчета.

I. Актуализация знаний.

Организационный момент. Тема. Цель урока.

∙ Что понимают под емкостным сопротивлением? От чего оно зависит?

∙ Что понимают под индуктивным сопротивлением? От чего оно зависит?

Мы это постараемся проверить сегодня на уроке, но вспомним закон Ома.

II. Лабораторная работа

собираем виртуальную схему на монтажном столе ПК;

записываем показания вольтметров на листе отчета обеих схем;

выполняем математические вычисления в тетради;

строим график в тетради;

отвечаем на контрольный вопрос;

сдаем тетрадь вместе с листом отчета.

а) катушка в цепи переменного тока

собираем виртуальную цепь, указанную на схеме отчетного листа,

задаем параметры элементов цепи:

— резистор R = 100 Ом

— мощность Р = 500 Вт

— индуктивность катушки L = 100мГн = 0,1гн

— напряжение на генераторе U = 100в

Изменяя частоту генератора, записать показания вольтметров (напряжения на резисторе U R и напряжение на катушке U L ) в таблицу 1

Источник



Индуктивное сопротивление катушки

Так как самоиндукция препятствует всякому резкому изменению силы тока в цепи, то, следовательно, она представляет собой для переменного тока особого рода сопротивление, называемое индуктивным сопротивлением.

Чисто индуктивное сопротивление отличается от обычного (омического) сопротивления тем, что при прохождении через него переменного тока в нем не происходит потери мощности.

Под чисто индуктивным сопротивлением мы понимаем сопротивление, оказываемое переменному току катушкой, проводник которой не обладает вовсе омическим сопротивлением. В действительности же всякая катушка обладает некоторым омическим сопротивлением. Но если это сопротивление невелико по сравнению с индуктивным сопро¬тивлением, то им можно пренебречь.

При этом наблюдается следующее явление: в течение одной четверти периода, когда ток возрастает, магнитное поле потребляет энергию из цепи, а в течение следующей четверти периода, когда ток убывает, возвращает ее в цепь. Следовательно, в среднем за период в индуктивном сопротивлении мощность не затрачивается. Поэтому индуктивное сопротивление называется реактивным (прежде его неправильно называли безваттным).

Индуктивное сопротивление одной и той же катушки будет различным для токов различных частот. Чем выше частота переменного тока, тем большую роль играет индуктивность и тем больше будет индуктивное сопротивление данной катушки. Наоборот, чем ниже частота тока, тем индуктивное сопротивление катушки меньше. При частоте, равной нулю (установившийся постоянный ток), индуктивное сопротивление тоже равно нулю.

Индуктивное сопротивление катушки

Рисунок 1. Зависимость индуктивного сопротивления катушки от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление катушки возрастает с увеличением часторы тока.

Индуктивное сопротивление обозначается буквой XL и измеряется в омах.

Подсчет индуктивного сопротивления катушки для переменного тока данной частоты производится по формуле

XL=2π• f •L

где XL — индуктивное сопротивление в ом; f—частота переменного тока в гц; L — индуктивность катушки в гн

Как известно, величину 2π• f называют круговой частотой и обозначают буквой ω (омега). Поэтому приведенная выше формула может быть представлена так:

Отсюда следует, что для постоянного тока (ω = 0) индуктивное сопротивление равно нулю. Поэтому, когда, нужно пропустить по какой-либо цепи постоянный ток, задержав в то же время переменный, то в цепь включают последовательно катушку индуктивности.

Для преграждения пути токам низких звуковых частот ставят катушки с железным сердечником, так называемые дроссели низкой частоты, а для более высоких радиочастот — без железного сердечника, которые носят название дросселей высокой частоты.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник

Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса , страница 13

А это приводит к увеличению потерь в линии электропередачи.

Для того чтобы понять, как можно бороться за повышение коэффициента мощности, рассмотрим следующий пример. На станке установлен электродвигатель мощностью 20 кВт. При нормальной работе станка двигатель загружен полностью и почти вся подводимая к нему электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Коэффициент мощности двигателя в этом случае 0,93. Если рабочий, кончив обрабатывать деталь, не выключит двигатель, последний будет работать вхолостую, его упадет до 0,1-0,2 и двигатель по существу будет представлять индуктивную нагрузку. Поэтому нельзя оставлять включенными электродвигатели в том случае, когда они работают вхолостую.

Для повышения коэффициента мощности электродвигателей параллельно им подключают конденсаторы. Благодаря тому, что конденсатор и индуктивность создают противоположные сдвиги фаз, при одновременном их включении происходит взаимная компенсация сдвига и возрастает. Всемерное повышение электрических установок является важной народнохозяйственной задачей.

14 Явление резонанса в цепях переменного тока

а) Резонанс в последовательном контуре. К генератору переменного тока регулируемой частоты подключим последовательно конденсатор, катушку индуктивности и лампочку накаливания, по яркости, свечения которой можно судить об изменениях силы тока (рисунок 16). Цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных последовательно, получила название последовательного контура. При малой частоте переменного тока нить лампочки нагревается слабо и лампочка не светит. При увеличении частоты нить нагревается сильнее и лампочка светит все ярче, что свидетельствует об увеличении силы тока в цепи. При некотором значении частоты яркость свечения лампочки будет максимальной. Дальнейшее увеличение частоты приводит уже не к увеличению силы тока, а к её уменьшению (лампочка начинает светить все более тускло). При очень большой частоте сила тока уменьшается настолько, что лампочка перестает светить. Наблюдаемому явлению может быть дано следующее объяснение. Полное сопротивление цепи определяется по формуле:

при малой частоте емкостное сопротивление конденсатора велико, а индуктивное сопротивление катушки, наоборот мало. Разность XL-Xc также велика и полное сопротивление цепи Z оказывается большим (рисунок 17). При увеличении частоты емкостное сопротивление уменьшается, а индуктивное увеличивается, при этом разность Xl-Xc уменьшается и, следовательно, уменьшается полное сопротивление Z. Наконец, при некоторой частоте емкостное сопротивление будет равно индуктивному, а их разность станет равной нулю. При этом полное сопротивление цепи равно её активному сопротивлению (Z=R), и сила тока достигает максимальной величины:

При дальнейшем увеличении частоты индуктивное сопротивление становится больше емкостного и полное сопротивление будет больше активного – ток в цепи уменьшается.

На рисунке 18 показана зависимость силы тока от частоты. Правильность приведенного объяснения может быть проверена на опыте. Для этого в момент когда сила тока достигнет максимального значения, закоротим с помощью ключа К2 см. (рисунок 16) конденсатор и катушку, что равносильно их отключению. Изменения яркости свечения лампочки мы не заметим. Следовательно, опыт подтверждает, что при указанной частоте полное сопротивление контура действительно равно его активному сопротивлению (практически сопротивлению лампочки). Иными словами, емкостное сопротивление и индуктивное сопротивление равны между собой и компенсируют друг друга. В цепи устанавливается такой режим, при котором конденсатор и катушка обмениваются энергией: энергия электрического, поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки, и

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Цепь переменного тока с емкостью

Дата публикации: 31 марта 2015 .
Категория: Статьи.

Если в цепь постоянного тока включить конденсатор (идеальный – без потерь), то в течение короткого времени после включения по цепи потечет зарядный ток. После того как конденсатор зарядится до напряжения, соответствующего напряжению источника, кратковременный ток в цепи прекратится. Следовательно, для постоянного тока конденсатор представляет собой разрыв цепи или бесконечно большое сопротивление.

Если же конденсатор включить в цепь переменного тока, то он будет заряжаться попеременно то в одном, то в другом направлении.

При этом в цепи будет проходить переменный ток. Рассмотрим это явление подробнее.

В момент включения напряжение на конденсаторе равно нулю. Если включить конденсатор к переменному напряжению сети, то в течение первой четверти периода, когда напряжение сети будет возрастать (рисунок 1), конденсатор будет заряжаться.

Рисунок 1. Графики и векторная диаграмма для цепи переменного тока, содержащей емкость

По мере накопления зарядов на обкладках конденсатора напряжение конденсатора увеличивается. Когда напряжение сети к концу первой четверти периода достигнет максимума, заряд конденсатора прекращается и ток в цепи становится равным нулю.

Ток в цепи конденсатора можно определить по формуле:

где q – количество электричества, протекающее по цепи.

Из электростатики известно:

где C – емкость конденсатора; u – напряжение сети; uC – напряжение на обкладках конденсатора.

Окончательно для тока имеем:

Из последнего выражения видно, что, когда максимально (положения а, в, д), i также максимально. Когда (положения б, г на рисунке 1), то i также равно нулю.

Во вторую четверть периода напряжение сети будет уменьшаться, и конденсатор начнет разряжаться. Ток в цепи меняет свое направление на обратное. В следующую половину периода напряжение сети меняет свое направление и наступает перезаряд конденсатора и затем снова его разряд. Из рисунка 1 видно, что ток в цепи с емкостью в своих изменениях опережает по фазе на 90° напряжение на обкладках конденсатора.

Сравнивая векторные диаграммы цепей с индуктивностью и емкостью, мы видим, что индуктивность и емкость на фазу тока влияют прямо противоположно.

Поскольку мы отметили выше, что скорость изменения тока пропорциональна угловой частоте ω, из формулы

получаем аналогично, что скорость изменения напряжения также пропорциональна угловой частоте ω и для действующего значения тока имеем

Обозначая , где xC называется емкостным сопротивлением, или реактивным сопротивлением емкости. Итак мы получили формулу емкостного сопротивления при включении емкости в цепи переменного тока. Отсюда, на основании выражения закона Ома, мы можем получить ток для цепи переменного тока, содержащей емкость:

Напряжение на обкладках конденсатора

Та часть напряжения сети, которая имеется на конденсаторе, называется емкостным падением напряжения, или реактивной слагающей напряжения, и обозначается UC.

Емкостное сопротивление xC, так же как индуктивное сопротивление xL, зависит от частоты переменного тока.

Но если с увеличением частоты индуктивное сопротивление увеличивается, то емкостное сопротивление, наоборот, будет уменьшаться.

Пример 1. Определить емкостное реактивное сопротивление конденсатора емкостью 5 мкФ при разных частотах сетевого напряжения. Расчет емкостного сопротивления произведем при частоте 50 и 40 Гц:

при частоте 50 Гц:

при частоте 400 Гц:

Применим формулу средней или активной мощности для рассматриваемой цепи:

Так как в цепи с емкостью ток опережает напряжение на 90°, то

Поэтому активная мощность также равна нулю, то есть в такой цепи, как и в цепи с индуктивностью, расхода мощности нет.

На рисунке 2 показана кривая мгновенной мощности в цепи с емкостью. Из чертежа видно, что в первую четверть периода цепь с емкостью забирает из сети энергию, которая запасается в электрическом поле конденсатора.

Кривая мгновенной мощности в цепи с емкостью

Рисунок 2. Кривая мгновенной мощности в цепи с емкостью

Энергию, запасаемую конденсатором к моменту прохождения напряжения на нем через максимум, можно определить по формуле:

В следующую четверть периода конденсатор разряжается на сеть, отдавая ей ранее запасенную в нем энергию.

За вторую половину периода явление колебаний энергии повторяется. Таким образом, в цепи с емкостью происходит лишь обмен энергией между сетью и конденсатором без потерь.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Источник

Читайте также:  В чем проявляется тепловое действие электрического тока