Активное, индуктивное и емкостное сопротивление при переменном токе

Демонстрировать зависимость сопротивления от частоты переменного тока затруднительно, так как нет источника тока с плавно изменяющейся частотой и неизменным амплитудным значением напряжения.

Вниманию учителей предлагаем схему, в которой от источника постоянного напряжения с помощью ротационного коммутатора получается переменный ток изменяющейся частоты при неизменном амплитудном значении напряжения. Описание устройства ротационного коммутатора дано, например, в сборнике «Новые школьные приборы по физике и астрономии», под ред. А. А. Покровского, изд. АПН РСФСР, М., 1959, стр. 43—49.

На рисунке 47 представлена общая схема установки для проведения опытов. На схеме обозначены: Б—батарея аккумуляторов, э.д.с. которой 7—8 в; К—ротационный коммутатор, у которого используются зажимы 1, 7 и 8 (сноска) (коммутатор приводится во вращение маломощным быстроходным коллекторным электродвигателем, который на схеме не показан); Л—электролампочка от карманного фонаря (3,5 в; 0,28 a); R — реостат (6 ом); L — катушка от школьного разборного универсального трансформатора, рассчитанная на напряжение 100 в, с разомкнутым стальным ярмом; С — батарея бумажных конденсаторов (40—80 мкф).

Рис. 47. Схема установки для исследования зависимости сопротивления от частоты переменного тока, длины проводника, величины электроемкости и индуктивности

Для проведения опыта замыкают цепь выключателем Вк1. Включают коммутатор и, повышая напряжение, подаваемое на электродвигатель коммутатора (с помощью потенциометра или ЛАТРа), увеличивают частоту переменного тока, проходящего через лампочку Л и активное сопротивление R. При небольшой частоте проходящего тока лампочка редко вспыхивает. Если частоту тока увеличить (что определяется по высоте звука, издаваемого электродвигателем коммутатора), то увеличится и частота вспыхиваний лампочки, но яркость свечения останется неизменной. При частоте тока в 45—50 гц лампочка даст непрерывный свет. Из опытов следует, что при незначительном изменении частоты тока (в данном случае до 50 гц) величина активного сопротивления не изменяется.

При замыкании цепи выключателем Вк2 с увеличением частоты тока яркость свечения лампочки уменьшается до полного гашения. При замыкании цепи выключателем Вк3 лампочка начинает давать свет только при достижении определенной частоты, и яркость свечения увеличивается с увеличением частоты. Так подтверждается зависимость индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты тока.

Если изменять сопротивление R (перемещением ползунка реостата), величину индуктивности катушки (изменением, например, величины зазора в ярме) или электроемкости конденсатора при неизменной частоте тока, то по яркости свечения лампочки можно судить, что активное сопротивление реостата и индуктивное сопротивление катушки увеличиваются при увеличении сопротивления и индуктивности катушки, а емкостное сопротивление конденсатора уменьшается при увеличении его электроемкости.

Переменный ток. Сейчас невозможно представить себе нашу цивилизацию без электричества. Телевизоры, холодильники, компьютеры – вся бытовая техника работает на нем. Основным источником энергии является переменный ток.

Электрический ток, питающий розетки в наших домах, является переменным А что это такое? Каковы его характеристики? Чем же переменный ток отличается от постоянного?

В известном опыте Фарадея при движении полосового магнита относительно катушки появлялся ток, что фиксировалось стрелкой гальванометра, соединенного с катушкой. Если магнит привести колебательное движение относительно катушки, то стрелка гальванометра будет отклоняться то в одну сторону, то в другую – в зависимости от направления движения магнита. Это означает, что возникающий в катушке ток меняет свое направление. Такой ток называют переменным.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Переменный электрический ток представляет собой электромагнитные вынужденные колебания. Переменный ток в отличие от постоянного имеет период, амплитуду и частоту.

Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону, такой ток называется синусоидальным. В основном используется синусоидальный ток. Колебания тока можно наблюдать с помощью осциллографа.

Если напряжение на концах цепи будет меняться по гармоническому закону, то и напряженность внутри проводника будет так же меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь вызывают гармонические колебания упорядоченного движения свободных частиц и, следовательно, гармонические колебания силы тока. При изменении напряжения на концах цепи, в ней с очень большой скоростью распространяется электрическое поле. Сила переменного тока практически во всех сечениях проводника одинакова потому, что время распространения электромагнитного поля превышает период колебаний.

Сопротивление проводника, в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным. При изменении напряжения на концах цепи по гармоническому закону, точно так же меняется напряженность электрического поля и в цепи появляется переменный ток.

При наличии такого сопротивления колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе в любой момент времени.

Электрическая аппаратура в цепях переменного тока показывает именно действующие значения измеряемых величин.

Сноска. Вместо указанного прибора можно взять ротационный коммутатор, устройство которого описано автором статьи в «Сборнике по методике и технике школьного физического эксперимента», составитель Д. М. Мур, Учпедгиз, М., 1960, стр. 103—105. В этом случае зажимы коммутатора, обозначенные на рисунке 47 данной статьи цифрами 7 и 5, следует понимать как соответственно объединенные зажимы 7 с 8 и 10, 12 с 9. Зажим, обозначенный на рисунке 47 цифрой 1, соответствует зажиму, обозначенному буквой В в вышеуказанной статье.

 





Дата добавления: 2022-01-31; просмотров: 264;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Edustud.org - 2022-2024 год. Для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь | Конфиденциальность
Генерация страницы за: 0.011 сек.