Для школьников.
Проверьте на решении задач насколько усвоена тема: "Параллельное соединение активного сопротивления, индуктивности и ёмкости в цепи переменного тока".
Очень часто при решении задач удобнее пользоваться векторной диаграммой токов.
Задача 1.
Некоторая электрическая цепь содержит участок, изображённый на следующем рисунке
Все синусоидальные токи направлены слева направо (от А к В).
Верхняя ветвь содержит только активное сопротивление, а нижняя - только индуктивное сопротивление. Действующее значение тока в верхней ветви равно 3 А, а в нижней - 4 А.
Найти действующее значение общего тока.
Постройте векторную диаграмму токов и из неё найдите общий ток. Как это делается рассказано в статье "Параллельное соединение активного сопротивления, индуктивности и ёмкости в цепи переменного тока. Резонанс токов".
Ответ: общий ток равен 5 А.
Задача 2.
Цепь, изображённая на рисунке ниже,
на участке АВ содержит две параллельные ветви. Верхняя ветвь содержит только индуктивность, равную 0,1 Гн. Нижняя ветвь содержит только ёмкость, равную 10 мкФ. Круговая частота переменного тока равна 1000 с -1. Найти ток, протекающий через сопротивление R.
Решение.
Сила тока, протекающего через индуктивность, равна отношению напряжения на участке АВ к индуктивному сопротивлению:
Сила тока, протекающего через конденсатор, равна отношению напряжения на участке АВ к емкостному сопротивлению:
Оказалось, что при указанной частоте эти токи равны.
Но в верхней ветви ток отстаёт от напряжения на 90 градусов, а в нижней ветви ток опережает напряжение на 90 градусов.
Получается, что фазы этих токов противоположны.
Отсюда следует, что ток в неразветвлённой части цепи (через сопротивление R) равен нулю, то есть при указанной частоте имеет место явление, называемое резонансом токов, при котором ток в неразветвлённой части цепи принимает минимальное значение.
3. Вопрос: можно ли применив параллельные ветви индуктивности и ёмкости разделить пульсирующий ток на постоянную и переменную составляющие?
Ответ: Можно.
Если в цепь с пульсирующим током включить две параллельные ветви, одна из которых содержит катушку с большим индуктивным сопротивлением, а вторая ветвь содержит конденсатор большой ёмкости, то в индуктивной ветви будет течь практически постоянный ток, а в емкостной - только переменный ток. (Объяснение найдёте пройдя по ссылкам, данным выше).
Не будет лишним вспомнить тему "Явление самоиндукции".
Когда катушка (или контур) находится в воздухе, то есть когда магнитная проницаемость среды постоянна (в катушке нет ферромагнитного сердечника), то её индуктивность L является постоянной величиной, не зависящей от тока в катушке, и определяется только размерами катушки:
где N - число витков катушки, S - площадь витка, l - длина катушки.
Индуктивность катушки L является электрической характеристикой катушки, наряду с её сопротивлением R и другими характеристиками.
Если по катушке проходит постоянный ток, то он создаёт постоянное магнитное поле В и постоянный магнитный поток через витки катушки:
Если же по катушке проходит переменный ток, то его собственное магнитное поле меняется, меняется и магнитный поток через витки катушки.
При этом в катушке, находящейся в изменяющемся собственном магнитном поле, возникает явление электромагнитной индукции, характеристикой которого является ЭДС самоиндукции, которая пропорциональна изменению силы тока:
Под действием ЭДС самоиндукции в катушке возникает индукционный ток, который, по правилу Ленца, противодействует изменению тока в катушке, вызвавшего явление самоиндукции.
Ток самоиндукции, накладываясь на основной ток, замедляет его возрастание или препятствует его убыванию.
Или можно сказать так: индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.
Такое поведение индукционного тока соответствует закону сохранения энергии.
Явление самоиндукции можно наглядно продемонстрировать на следующем опыте.
На рисунке изображена катушка с несколькими сотнями витков, навитая на тороидальный железный сердечник. К клеммам катушки присоединена 6-вольтовая лампочка, которая с помощью ключа присоединена к аккумулятору напряжением 2 В.
Когда ключ замкнут. лампочка светит слабо, так как она рассчитана на напряжение гораздо большее, чем напряжение, даваемое аккумулятором.
В момент размыкания ключа, когда ток уменьшается до нуля, лампочка ярко вспыхивает, что указывает на возникновение довольно значительной ЭДС самоиндукции катушки.
Появляется вопрос: откуда берётся энергия, поглощаемая лампой в момент вспышки, если аккумулятор в это время отключен?
Ответ: эта энергия была запасена ранее в виде энергии магнитного поля катушки, и была она взята от аккумулятора.
Когда ключ разомкнули, магнитное поле исчезает, а запасённая в нём энергия превращается в энергию электрического тока в лампочке.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись : Решение задач на переменный ток с использованием диаграмм напряжения и закона Ома".
Следующая запись: Ещё о зарядке тел и конденсаторов.
Далее прочтите статью: Мощность переменного тока. Важность повышения коэффициента мощности на промышленных предприятиях.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .
