Активний опір у колі змінного струму » mozok.click
 

mozok.click » Фізика » Активний опір у колі змінного струму
Інформація про новину
  • Переглядів: 1089
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 21:17
12-02-2018, 21:17

Активний опір у колі змінного струму

Категорія: Фізика

Активні та реактивні навантаження. У колах змінного струму існують два принципово різних види навантажень - активні і реактивні.

Навантаження, в якому вся підведена електрична енергія перетворюється в інший вид енергії, називається активним, опір цього навантаження також дістав назву активного опору.

Величина струму в колі змінного струму залежить не тільки від його активного опору. У будь-якому колі змінного струму діє електрорушійна сила індукції яка, за правилом Ленца, перешкоджає всякій зміні електричного струму в колі, затримує наростання струму і зменшує його діюче значення, тобто діє як опір. Цей опір називають індуктивним опором і позначають XL,

Крім того, в колі змінного струму після вимикання рубильника по проводах (особливо в кабелях) ще протягом деякого часу протікає струм, наявність якого можна виявити чутливим амперметром. Це пояснюється тим, що проводи, які живлять струмоприймачі, подібні до конденсатора, що підтримує в колі зарядний і розрядний струми. Ці струми при ввімкненому рубильнику збільшують діюче значення струму в струмоприймачі. Вплив ємності кола на величину діючого значення змінного струму враховується його ємнісним опором Хс.

Отже, коло змінного струму має три опори: активний, індуктивний і ємнісний.

Індуктивний і ємнісний опори мають спільну назву реактивних опорів.

Природа реактивних опорів польова, тобто їх походження пов’язане зі змінами електричного поля (наприклад конденсатора) або магнітного (наприклад котушки зі струмом). Реактивні опори не спричинюють необоротних перетворень енергії. В колах з тільки реактивними опорами відбуваються тільки оборотні процеси: протягом однієї чверті періоду енергія струму перетворюється в енергію електричного поля конденсатора (чи магнітного поля котушки), а протягом другої чверті періоду енергія поля знову перетворюється в енергію струму. Тому в таких колах середня потужність за період дорівнює нулю, незважаючи на протікання струму у колі. Це легко продемонструвати, увімкнувши в коло з конденсатором ваттметр. Стрілка цього приладу не відхиляється, хоча в колі діє напруга і тече струм, які реєструються відповідно вольтметром і амперметром.



Розглянемо спочатку найпростіші ідеальні кола змінного струму, які мають лише один з трьох опорів, а потім - складніші.

Активний опір у колі змінного струму. Електричні кола, що складаються з електричних ламп, нагрівальних приладів, реостатів і з’єднувальних проводів, практично можна вважати колами тільки з активним опором. У цих колах електрична енергія майже цілком перетворюється в теплову.

Один і той самий провідник чинить різний опір постійному і змінному струму. Опір провідника постійному струму називається омічним опором; він залежить від матеріалу, розмірів і температури провідника.

Активний опір провідника завжди більший від омічного. Із збільшенням частоти змінного струму різниця між активним і омічним опорами провідника збільшується. Для частот до 100 Гц цією різницею можна знехтувати і вважати, що активний опір дорівнює омічному, але на більших частотах ця різниця буде значною. Наприклад, опір постійному струму мідного дроту довжиною 1 км, діаметром 4 мм дорівнює 1,47 Ом. Опір цього самого дроту змінному струму частотою 800 Гц становить 2,95 Ом, а на частоті струму 30000 Гц-8,14 Ом.

Фазові співвідношення між струмом і напругою. Проведемо такий дослід. Підключимо до генератора змінного струму дуже низької частоти активне навантаження, наприклад, лампу розжарювання. Генератор створює в колі змінне електричне поле, напруга якого змінюється синусоїдально.

Підключимо паралельно лампі вольтметр, а послідовно з лампою - амперметр. Замкнувши коло, побачимо, що стрілки приладів одночасно проходять через нульові й максимальні значення.


 

Якщо крім вольтметра і амперметра додати двопроменевий осцилограф, підключений так, як показано на мал. 151, а, то на його екрані буде спостерігатись збіг осцилограм сили струму і напруги за фазою (мал. 151,0).

У колах змінного струму з активним навантаженням коливання сили струму збігаються за фазою з коливаннями напруги, отже, якщо

то

Фазові співвідношення між струмом і напругою в колах змінного струму стають особливо наочними у векторному зображенні. Проведемо довільну вісь Оі, що називається віссю струму, і від точки О відкладемо вектор сили струму довжиною Іт. Оскільки у колі з активним опором коливання сили струму і напруги збігаються за фазою, вектор напруги буде напрямлений так само, як і вектор сили струму (мал. 151, б).

Значення активного опору R в колі змінного струму можна визначити як відношення миттєвих значень напруги і струму, а також їх амплітудних або діючих значень:


Потужність у колі з активним навантаженням. Як ми з'ясували, середня потужність змінного струму за період визначається через максимальні

значення напруги та сили струму і зсув фаз між ними,

або через діючі значення,

У електричному колі, яке містить лише активні опори, струм і напруга збігаються за фазами (coscp = 1), тому середня потужність, що споживається активним опором за період, дорівнює добуткові діючих значень струму і напруги. Вся ця потужність витрачається на нагрівання - Р = Щ = I*R .

Обчислена у такий спосіб потужність вимірюється у ватах і називається активною потужністю.

Дайте відповіді на запитання

1. Які види опору розрізняють в колі змінного струму? Який опір називають активним, а який реактивним?

2. Як зміниться загальний опір змінному струмові, якщо прямолінійний дріт намотати на картонний циліндр?

3. Напишіть рівняння зміни миттєвого значення напруги і струму на активному опорі та побудуйте їх графіки.

4. Який зв’язок між діючими значеннями струму і напруги на активному опорі в колі змінного струму?

5. Через резистор проходить постійний струм силою 1А, а через лампочку - змінний, частота якого 50 Гц, діюче значення 1А. Який заряд переноситься кожним із струмів через поперечний переріз провідників за 1 хв?






^