1 Истински и идеални източници на имейл. енергия. еквивалентни схеми. Всеки източник електрическа енергияпреобразува други видове енергия (механична, светлинна, химическа и др.) в електрическа. Токът в източника на електрическа енергия е насочен от отрицателно към положителнопоради външни сили, дължащи се на вида енергия, която източникът преобразува в електрическа енергия. Истинският източник на електрическа енергия при анализа на електрически вериги може да бъде представен или във формата източник на напрежениеили като източник на енергия. По-долу е даден пример за обикновена батерия.
Начините за представяне на реален източник на електрическа енергия се различават един от друг чрез еквивалентни схеми (схеми на проектиране). На фиг. 15 реалният източник е представен (заменен) от верига източник на напрежение, а на фиг. 16, реалният източник е представен (заменен) от веригата на източника на ток.
|
|
|
||
|
|
|||
|
| |||
месечен цикъл(T) - време (s), през което променливата извършва пълно колебание. Честотае броят на циклите в секунда. Единицата за честота е херц (съкратено Hz), 1 Hz е равен на едно трептене в секунда. Периодът и честотата са свързани T=1/f. Променяйки се с течение на времето, синусоидалната стойност (напрежение, ток, EMF) приема различни значения. Стойността на дадено количество в даден момент от времето се нарича моментна. Амплитуда - най-висока стойностсинусоидална стойност. Амплитудите на тока, напрежението и ЕМП са посочени с главни букви с индекс: I m, U m, E m, а техните моментни стойности - с малки букви аз, u, д. Моментната стойност на синусоидална величина, например ток, се определя по формулата i = I m sin(ωt + ψ), където ωt + ψ е фазовият ъгъл, който определя стойността на синусоидалната величина в даден момент; ψ е началната фаза, т.е. ъгълът, който определя стойността на количеството в началния момент от времето. Синусоидалните величини, които имат еднаква честота, но различни начални фази, се наричат фазово изместени.
3 На фиг. 2 показва графики на синусоидални величини (ток, напрежение), изместени във фаза. Когато началните фази на двете величини са равни на ψ i = ψ u , тогава разликата е ψ i − ψ u = 0 и следователно няма фазово изместване φ = 0 (фиг. 3). Ефективността на механичното и термичното действие на променливия ток се оценява от неговата ефективна стойност. Ефективната стойност на променливия ток е равна на тази стойност постоянен ток, което за време, равно на един период на променлив ток, ще освободи в същото съпротивление същото количество топлина като променливия ток. Текущата стойност е посочена с главни букви без индекс: Аз, У, Е. Ориз. 2Графики на синусоидален ток и напрежение, изместени във фаза. Ориз. 3Графики на синусоидален ток и напрежение, съвпадащи във фаза
За синусоидални стойности ефективните и амплитудните стойности са свързани с отношенията:
I=IM /√2; U=U M /√2; E=E M √2. Ефективните стойности на тока и напрежението се измерват с амперметри и волтметри на променлив ток, а средната стойност на мощността се измерва с ватметри.
4 .Валидна (ефективна) стойностсилапроменлив токнарича количеството постоянен ток, чието действие ще произведе същата работа (термичен или електродинамичен ефект) като разглеждания променлив ток за един период. По-често се използва в съвременната литература математическа дефиницияот тази стойност е ефективната стойност на променливия ток. С други думи, ефективната стойност на тока може да се определи по формулата:
.
За хармонични колебания на тока
5 Формула за индуктивно съпротивление:
където L е индуктивността.
Формула за капацитет:
където C е капацитетът.
Предлагаме да разгледаме верига с променлив ток, която включва едно активно съпротивление, и да я нарисуваме в тетрадки. След като проверих чертежа, ви казвам, че в електрическа верига(Фиг. 1, а) под действието на променливо напрежение протича променлив ток, чиято промяна зависи от промяната на напрежението. Ако напрежението се увеличи, токът във веригата се увеличава, а когато напрежението е нула, няма ток във веригата. Промяната в посоката му също ще съвпадне с промяната в посоката на напрежението
(фиг. 1, в).
Фиг. 1. AC верига с активно съпротивление: а - диаграма; b - векторна диаграма; c - вълнова диаграма
Графично изобразявам на платката синусоиди на ток и напрежение, които са във фаза, обяснявайки, че въпреки че периодът и честота на трептене, както и максималните и ефективни стойности, обаче е доста трудно да се изгради синусоида. По-прост начин за представяне на стойностите на тока и напрежението е вектор. За този вектор на напрежението (в мащаб) трябва да се начертае вдясно от произволно избрана точка. Учителят кани учениците сами да отложат текущия вектор, като припомнят, че напрежението и токът са във фаза. След изграждането на векторна диаграма (фиг. 1, b) трябва да се покаже, че ъгълът между векторите на напрежението и тока е равен на нула, т.е. = 0. Силата на тока в такава верига ще се определя от закона на Ом: Въпрос 2. AC верига с индуктивно съпротивление Помислете за AC верига (фиг. 2, а), която включва индуктивно съпротивление. Такова съпротивление е намотка с малък брой навивки от голям проводник, в която активното съпротивление се счита за 0.
Ориз. 2. AC верига с индуктивно съпротивление
Около завоите на бобината, по време на преминаването на тока, ще се създаде променливо магнитно поле, индуциращо в завоите ЕДС на самоиндукция. Според правилото на Ленц едът на индукцията винаги противодейства на причината, която го предизвиква. И тъй като тази самоиндукция е причинена от промени в променливия ток, тя също предотвратява преминаването му. Съпротивлението, причинено от тази самоиндукция, се нарича индуктивно и се означава с буквата x L. Индуктивното съпротивление на бобината зависи от скоростта на промяна на тока в бобината и нейната индуктивност L: където X L е индуктивното съпротивление, Ohm; е ъгловата честота на променливия ток, rad/s; L е индуктивността на намотката, G.
Ъглова честота == ,
Следователно,.
Капацитет във верига с променлив ток. Преди да започнем с обяснението, трябва да припомним, че има редица случаи, когато в електрическите вериги, освен активно и индуктивно съпротивление, има и капацитивно съпротивление. Устройство, предназначено да съхранява електрически заряди, се нарича кондензатор. Най-простият кондензатор е два проводника, разделени от слой изолация. Ето защо многожилни проводници, кабелите, намотките на двигателя и др. имат капацитивно съпротивление. Обяснение, последвано от показване на кондензатора различни видовеи капацитети с връзката им с електрическата верига. Предлагам да разгледаме случая, когато в електрическата верига преобладава едно капацитивно съпротивление, а активните и индуктивните могат да бъдат пренебрегнати поради малките им стойности (фиг. 6, а). Ако кондензаторът е свързан към верига с постоянен ток, тогава през веригата няма да тече ток, тъй като между пластините на кондензатора има диелектрик. Ако капацитетът е свързан към верига с променлив ток, тогава през веригата ще тече ток /, причинен от презареждането на кондензатора. Презареждането се случва, защото променливото напрежение променя посоката си и следователно, ако включим амперметър в тази верига, той ще покаже тока на зареждане и разреждане на кондензатора. През кондензатора не преминава ток. Силата на тока, преминаващ във верига с капацитет, зависи от капацитета на кондензатора Xc и се определя от закона на Ом 
където U е напрежението на източника на емф, V; Xs - капацитивно съпротивление, Ohm; / - сила на тока, A.
Ориз. 3. AC верига с капацитет
Капацитетът от своя страна се определя по формулата 
където C е капацитетът на кондензатора, F. Предлагам на учениците да построят векторна диаграма на тока и напрежението във верига с капацитет. Напомням ви, че при изучаване на процеси в електрическа верига с капацитивно съпротивление беше установено, че токът води напрежението под ъгъл φ = 90 °. Това фазово изместване на тока и напрежението трябва да бъде показано на вълновата диаграма. Графично изобразявам синусоида на напрежението на дъската (фиг. 3, b) и инструктирам учениците самостоятелно да начертаят текуща синусоида на чертежа, водейки напрежението под ъгъл от 90 °
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Кондензатор, в най-простия случай се състои от две метални проводници(плочи), които са разделени от диелектричен слой. Всяка от кондензаторните пластини има собствена клема и може да бъде свързана към електрическа верига.
Кондензаторът се характеризира с редица параметри (капацитет, работно напрежение и т.н.), като една от тези характеристики е съпротивлението. Кондензаторът практически не преминава постоянен електрически ток. Това е съпротивление на кондензаторае безкрайно голям за постоянен ток, но това е идеалният случай. Много малък ток може да тече през истински диелектрик. Този ток се нарича ток на утечка. Токът на утечка е индикатор за качеството на диелектрика, който се използва при производството на кондензатор. В съвременните кондензатори токът на утечка е няколко фракции от микроампер. Съпротивлението на кондензатора в този случай може да се изчисли с помощта на закона на Ом за секцията на веригата, като се знае напрежението, до което е зареден кондензаторът, и токът на утечка. Но обикновено при решаване на образователни проблеми съпротивлението на кондензатор срещу постоянен ток се счита за безкрайно голямо.
AC съпротивление на кондензатора
Когато кондензаторът е свързан към AC верига, токът тече свободно през кондензатора. Това се обяснява много просто: има процес на постоянно зареждане и разреждане на кондензатора. В този случай те казват, че капацитетът на кондензатора присъства във веригата, в допълнение към активното съпротивление.
И така, кондензаторът, който е включен във веригата за променлив ток, се държи като съпротивление, т.е. влияе върху силата на тока, протичащ във веригата. Стойността на капацитивното съпротивление означаваме като , стойността му е свързана с честотата на тока и се определя по формулата:
където е честотата на променливия ток; - ъглова честота на тока; C е капацитетът на кондензатора.
Ако кондензаторът е свързан към верига с променлив ток, тогава в него не се изразходва мощност, тъй като фазата на тока се измества по отношение на напрежението с. Ако разгледаме един период на текущо колебание във веригата (T), тогава се случва следното: когато кондензаторът е зареден (това е), енергията се съхранява в полето на кондензатора; в следващия интервал от време (), кондензаторът се разрежда и отдава енергия на веригата. Следователно капацитивното съпротивление се нарича реактивно (безватово).
Трябва да се отбележи, че във всеки реален кондензатор реалната мощност (загуба на мощност) все още се губи, когато през него протича променлив ток. Това е така, защото настъпват промени в състоянието на диелектрика на кондензатора. Освен това има известно изтичане в изолацията на кондензаторните пластини, така че се появява малко активно съпротивление, което сякаш е свързано паралелно на кондензатора.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Осцилаторният кръг има съпротивление (R), индуктор (L) и капацитет C (фиг. 1). Към него е свързано външно напрежение, чиято амплитуда е , а честотата е . Каква е амплитудата на тока във веригата? |
| Решение | Съпротивлението на веригата на фиг. 1 е сумата от активното съпротивление R, капацитета на кондензатора и съпротивлението на индуктора. Общото съпротивление на веригата (Z), която съдържа горните елементи, се намира като: Законът на Ом за нашата част от веригата може да бъде написан като: Нека изразим желаната амплитуда на силата на тока от (1.2), замествайки вместо Z правилната странаформули (1.1), имаме:
|
| Отговор |  |
Едно от основните устройства в електрониката и електротехниката е кондензаторът. След затваряне на електрическата верига започва зареждането, след което веднага се превръща в източник на ток и напрежение, в него възниква електродвижеща сила - EMF. Едно от основните свойства на кондензатора е много точно отразено във формулата на капацитета. Това явление възниква в резултат на противодействието на ЕМП, насочено срещу източника на ток, използван за зареждане. Източникът на ток може да преодолее капацитета само като изразходва значително количество собствена енергия, която се превръща в енергия електрическо полекондензатор.
Когато устройството се разреди, цялата тази енергия се връща обратно във веригата, превръщайки се в енергия. електрически ток. Следователно, капацитивното съпротивление може да се припише на реактивно, което не причинява необратими загуби на енергия. Кондензаторът се зарежда до нивото на напрежение, дадено от източника на захранване.
Капацитет на кондензатора
Кондензаторите са сред най-разпространените елементи, използвани в различни електронни схеми. Те са разделени на видове с характерни особености, параметри и индивидуални свойства. Най-простият кондензатор се състои от две метални пластини - електроди, разделени от диелектричен слой. Всеки от тях има собствен изход, чрез който се осъществява връзката към електрическата верига.
Има качества, които са уникални за кондензаторите. Например, те изобщо не пропускат постоянен ток през себе си, въпреки че се зареждат от него. След като капацитетът е напълно зареден, протичането на ток спира напълно и вътрешното съпротивление на устройството придобива безкрайно висока стойност.
По съвсем различен начин кондензаторът е засегнат, напълно свободно протичащ през капацитета. Това състояние се обяснява с постоянните процеси на зареждане и разреждане на елемента. В този случай действа не само активното съпротивление на проводниците, но и капацитетът на самия кондензатор, който възниква именно в резултат на постоянното му зареждане и разреждане.
Електрическите параметри и свойства на кондензаторите могат да варират в зависимост от различни фактори. На първо място, те зависят от размера и формата на продукта, както и от вида на диелектрика. AT различни видовеустройствата могат да служат като хартия, въздух, пластмаса, стъкло, слюда, керамика и други материали. Електролитните кондензатори използват алуминиев електролит и танталов електролит, което им осигурява повишен капацитет.
Имената на други елементи се определят от материалите на обикновените диелектрици. Следователно те принадлежат към категорията на хартията, керамиката, стъклото и др. Всеки от тях, в съответствие с характеристиките и особеностите, се използва в специфични електронни схеми, с различни параметри на електрическия ток.
Поради тази причина приложението керамични кондензаторинеобходимо в тези вериги, където се изисква филтриране на високочестотен шум. Електролитните устройства, напротив, филтрират смущенията, когато ниски честоти. Ако свържете двата типа кондензатори паралелно, получавате универсален филтър, който се използва широко във всички вериги. Въпреки факта, че техният капацитет е фиксирана стойност, има устройства с променлив капацитет, което се постига чрез регулиране чрез промяна на взаимното припокриване на плочите. Типичен пример са регулиращите кондензатори, използвани при настройка на електронно оборудване.
Капацитет в AC веригата
Когато кондензаторът е свързан към верига с постоянен ток, ще се наблюдава поток на заряден ток за кратък период от време. В края на зареждането, когато напрежението на кондензатора съответства на напрежението на източника на ток, краткотрайният ток във веригата ще спре. Така напълно при постоянен ток ще има един вид отворена верига или съпротивление с безкрайно голяма стойност. При променлив ток кондензаторът ще се държи съвсем различно. Зареждането му в такава верига ще се извършва последователно в различни посоки. Потокът от променлив ток във веригата не е прекъснат в този момент.
По-подробно разглеждане на този процес показва нулева стойност на напрежението в кондензатора в момента на включване. След като се присъедини към него AC напрежениемрежата ще започне да се зарежда. По това време мрежовото напрежение ще се увеличи през първата четвърт на периода. Тъй като зарядите се натрупват върху плочите, напрежението на самия кондензатор се увеличава. След като мрежовото напрежение достигне своя максимум в края на първата четвърт от периода, зареждането спира и токът във веригата става равен на нула.
Има формула за определяне на тока в кондензаторна верига: I = ∆q/∆t, където q е количеството електричество, протичащо през веригата за период от време t. В съответствие със законите на електростатиката, количеството електричество в устройството ще бъде: q \u003d C x Uc \u003d C x U. В тази формула C ще бъде капацитетът на кондензатора, U - мрежовото напрежение, Uc - напрежението върху пластините на елемента. В окончателния вид формулата за тока във веригата ще изглежда така: i = C x (∆Uc/∆t) = C x (∆U/∆t).
В началото на втората четвърт от периода мрежовото напрежение ще намалее и кондензаторът ще започне да се разрежда. Токът във веригата ще промени посоката си и ще тече в обратна посока. През следващата половина от периода посоката на мрежовото напрежение ще се промени, елементът ще се презареди и след това отново ще започне да се разрежда. Токът, присъстващ в кондензаторната верига, ще води напрежението върху плочите с 90 градуса във фаза.
Установено е, че промените в тока на кондензатора се извършват със скорост, която е пропорционална на ъгловата честота ω. Следователно, в съответствие с вече известната формула за тока във веригата i \u003d C x (∆U / ∆t), по същия начин се оказва, че ефективната стойност на тока също ще бъде пропорция между скоростта на промяна на напрежението и ъгловата честота ω: I = 2π x f x C x U .
Освен това не е трудно да се зададе стойността на капацитета или реактивното съпротивление на капацитета: xc = 1/2π x f x C = 1/ ω x C. Този параметър се изчислява, когато капацитивният капацитет е включен в AC веригата. Следователно, в съответствие със закона на Ом във верига с променлив ток с включен кондензатор, стойността на силата на тока ще бъде както следва: I \u003d U / xc, а напрежението върху плочите ще бъде: Uc \u003d Ic x xc .
Частта от мрежовото напрежение, която пада върху кондензатора, се нарича капацитивен спад на напрежението. Той е известен също като реактивен компонент на напрежението, обозначен със символа Uc. Стойността на капацитивното съпротивление xc, както и стойността на индуктивното съпротивление xi са пряко свързани с честотата на променливия ток.
Да затворим веригата. Веригата ще зареди кондензатора. Това означава, че част от електроните от лявата страна на кондензатора ще отидат в жицата, а същият брой електрони ще отидат от жицата към дясната страна на кондензатора. И двете плочи ще бъдат заредени с противоположни заряди с еднаква величина.
Между плочите в диелектрика ще бъде електрическо поле.
Сега нека скъсаме веригата. Кондензаторът ще остане зареден. Ще скъсим облицовката му с парче тел. Кондензаторът моментално ще се разреди. Това означава, че излишъкът от електрони ще влезе в проводника от дясната пластина, а липсата на електрони ще влезе в проводника към лявата пластина. И на двете пластини електроните ще бъдат еднакви, кондензаторът ще бъде разреден.
До какво напрежение е зареден кондензаторът?
Зарежда се до напрежението, което се подава към него от източника на захранване.
Съпротивление на кондензатора.
Да затворим веригата. Кондензаторът започна да се зарежда и веднага стана източник на ток, напрежение, E.D.S.. Фигурата показва, че E.D.S. на кондензатора е насочен срещу източника на ток, който го зарежда.
Опозиция електродвижеща силана зареден кондензатор зарядът на този кондензатор се нарича капацитивно реактивно съпротивление.
Цялата енергия, изразходвана от източника на ток за преодоляване на капацитивния
съпротивлението се преобразува в енергията на електрическото поле на кондензатора.
Когато кондензаторът се разреди цялата енергия на електрическото поле
обратно във веригата под формата на електрическа енергия. Така
По този начин капацитетът е реактивен, т.е. без да причинява необратима загуба на енергия.
Защо постоянният ток не преминава през кондензатор, а променливият ток преминава?
 |
 |
 |
Включете DC веригата. Лампата мига и гасне, защо? Тъй като зарядният ток на кондензатора премина във веригата. Веднага след като кондензаторът се зареди до напрежението на батерията, токът във веригата ще спре.
Сега нека затворим AC веригата. През първата четвърт на периода напрежението на генератора нараства от 0 до максимум. Веригата зарежда кондензатор. През втората четвърт на периода напрежението на генератора намалява до нула. Кондензаторът се разрежда през генератора. След това кондензаторът се зарежда и разрежда отново. По този начин във веригата има токове на зареждане и разреждане на кондензатора. Лампата ще свети постоянно.
Във верига с кондензатор токът протича в цялата затворена верига, включително в диелектрика на кондензатора. В зареждащия кондензатор се образува електрическо поле, което поляризира диелектрика. Поляризацията е въртенето на електроните в атомите в удължени орбити.
Едновременната поляризация на огромен брой атоми образува ток, наречен ток на изместване. По този начин токът протича в проводниците и в диелектрика и същата стойност.
кондензатор се определя по формулата
На активното съпротивление напрежението U действа и токът I е във фаза. На капацитета напрежението U c изостава от тока I с 90 0 . Полученото напрежение, приложено от генератора към кондензатора, се определя от правилото на паралелограма. Това получено напрежение изостава от тока I с някакъв ъгъл φ, който винаги е по-малък от 90 0 .
Определяне на полученото съпротивление на кондензатора
Полученото съпротивление на кондензатор не може да бъде намерено чрез сумиране на стойностите на неговите активни и капацитивни съпротивления. Това се прави по формулата
Съветваме ви да прочетете
Урогенитална хламидия - описание, причини, симптоми (признаци), диагноза, лечение Лечение на урогенитална хламидия
Ползите и значението на хидроаминокиселината треонин за човешкото тяло L треонин какво
Да чакаш или да не чакаш човек от армията. По каква причина могат да бъдат назначени от армията
Печени ябълки с извара Печени ябълки с извара
