Il principio di funzionamento dell'alternatore. Oscillazioni elettromagnetiche forzate. Oscillazioni elettromagnetiche nel circuito

Appaiono in presenza di una forza esterna che cambia periodicamente. Tali oscillazioni compaiono, ad esempio, in presenza di una forza elettromotrice periodica nel circuito. Una fem di induzione variabile si verifica in un telaio di filo di diverse spire, ruotando nel campo di un magnete permanente.

In questo caso, il flusso magnetico che penetra nel telaio cambia periodicamente. In conformità con la legge dell'induzione elettromagnetica, anche l'emergente campo elettromagnetico dell'induzione cambia periodicamente. Se il telaio è vicino a un galvanometro, la sua freccia inizierà a oscillare attorno alla posizione di equilibrio, indicando che nel circuito scorre una corrente alternata. Una caratteristica distintiva delle oscillazioni forzate è la dipendenza della loro ampiezza dalla frequenza dei cambiamenti nella forza esterna.

Corrente alternata.

Corrente alternataè una corrente elettrica che cambia nel tempo.

La corrente alternata è diversi tipi correnti impulsive, pulsanti, periodiche e quasi periodiche. In ingegneria, corrente alternata di solito significa correnti periodiche o quasi periodiche di direzione alternata.

Il principio di funzionamento dell'alternatore.

La corrente periodica più comunemente usata, la cui forza varia nel tempo in base a diritto armonico(corrente alternata armonica o sinusoidale). Questa è la corrente utilizzata nelle fabbriche e nelle fabbriche e nella rete di illuminazione degli appartamenti. È un'oscillazione elettromagnetica forzata. Frequenza industriale corrente alternataè 50 Hz. Tensione CA nelle prese della rete di illuminazione le prese sono create dai generatori delle centrali elettriche. Il modello più semplice un tale generatore è un telaio metallico che ruota in un campo magnetico uniforme.

Flusso di induzione magnetica F, penetrando una struttura metallica con un'area S, proporzionale al coseno dell'angolo α tra la normale al telaio e il vettore di induzione magnetica:

Ф = BS cos α.

Con rotazione uniforme del telaio, l'angolo α aumenta in proporzione al tempo t: α = 2πnt, Dove N- frequenza di rotazione. Pertanto, il flusso di induzione magnetica cambia armonicamente con la frequenza di oscillazione ciclica ω = 2πn:

Ф = BS cos ωt.

Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, l'emf di induzione nel telaio è:

e \u003d -Ф "\u003d -BS (cos ωt)" \u003d ɛ m sin ωt,

Dove ɛm= BSωè l'ampiezza della fem di induzione.

Pertanto, la tensione nella rete CA cambia secondo una legge sinusoidale (o coseno):

u = Um sin ωt(O u = U m cosωt),

Dove tu- valore di tensione istantaneo, Um- ampiezza di tensione.

La corrente nel circuito cambierà alla stessa frequenza della tensione, ma è possibile uno sfasamento tra di loro. φ con. Pertanto, dentro caso generale valore di corrente istantaneo ioè determinato dalla formula:

i = io m sin(φt + φCon) ,

Dove Io sonoè l'ampiezza della corrente.

La forza della corrente in un circuito a corrente alternata con un resistore. Se circuito elettrico consiste in una resistenza attiva R e fili con induttanza trascurabile

Conferenza6 . Oscillazioni e onde elettromagnetiche.

Piano delle lezioni

Oscillazioni libere non smorzate in un circuito oscillatorio.

Oscillazioni elettromagnetiche libere smorzate.

Oscillazioni elettromagnetiche forzate. risonanza elettrica.

Onde elettromagnetiche.

1. Oscillazioni libere non smorzate nel circuito oscillatorio.

Tra i fenomeni elettrici, un posto speciale è occupato dalle oscillazioni elettromagnetiche, in cui le quantità elettriche (cariche, correnti, campi elettrici e magnetici) cambiano periodicamente. Per eccitare e mantenere le oscillazioni elettromagnetiche sono necessari alcuni sistemi, il più semplice dei quali è un circuito oscillatorio.

Circuito oscillatorio Un circuito costituito da una bobina di induttanza L e un condensatore di capacità C collegati in serie.

Consideriamo il processo di occorrenza delle oscillazioni elettromagnetiche in un circuito oscillatorio idealizzato, in cui la resistenza dei fili di collegamento può essere trascurata. Per l'eccitazione nel circuito di oscillazione, il condensatore viene preliminarmente caricato, dando alle sue piastre una carica q 0 da una sorgente esterna (Fig. 1).

In un circuito oscillatorio carico si stabiliscono oscillazioni libere, chiamate elettromagnetiche. In questo caso, i valori di tutte le grandezze elettriche e magnetiche fluttuano.

Nel circuito si verificano oscillazioni elettromagnetiche, durante le quali l'energia del campo elettrico viene convertita in energia campo magnetico e viceversa. La figura 2 è un grafico della carica di un condensatore dal momento ,

, su cui la carica vale agli istanti di tempo

vengono confrontati gli stati corrispondenti del circuito oscillatorio (a; b; c; d; e).

Le oscillazioni elettromagnetiche sono per molti versi simili alle oscillazioni meccaniche, ad es. le equazioni che li descrivono e le loro soluzioni sono simili.

Scriviamo per il circuito la 2a regola di Kirchhoff per un momento di tempo arbitrario: la somma delle cadute di tensione è uguale alla somma delle fem che agiscono nel circuito. Solo una fem agisce nel circuito: fem di autoinduzione , e la caduta di tensione si verifica attraverso il condensatore, quindi

Dove

- valore istantaneo della carica sulle armature del condensatore.

Denota

;

-equazione differenziale delle oscillazioni elettromagnetiche libere.

Pertanto, in un circuito oscillatorio ideale (Fig. 3), le oscillazioni di carica avvengono secondo una legge armonica (Fig. 4).

quelli. le fluttuazioni di corrente portano fluttuazioni di carica in fase quando la corrente raggiunge il suo valore massimo, la carica e la tensione si azzerano (e viceversa).

Perché frequenza ciclica naturale del circuito,

Formula Thomson.

Oscillazioni elettromagnetiche libere smorzate.

Perché ogni conduttore ha resistenza; durante il passaggio di corrente nel circuito oscillatorio, viene rilasciato calore Joule, cioè l'energia viene persa, quindi le oscillazioni elettromagnetiche libere in un circuito reale (Fig. 5) sono sempre smorzate. Per un tale circuito

, Dove

- caduta di tensione attraverso la resistenza attiva del circuito.

O

.

Denota

.

-equazione differenziale delle oscillazioni elettromagnetiche libere smorzate.

La soluzione a questa equazione è l'espressione

.

frequenza ciclica delle oscillazioni naturali non smorzate;

frequenza ciclica delle oscillazioni naturali smorzate;

la legge dell'ampiezza decrescente (Fig. 6), dove - ampiezza a t=0.

Scopri il significato fisico di . Introduciamo il concetto tempo di reazione- tempo per il quale l'ampiezza diminuisce in e volte.

Quindi, è il reciproco di .

Decremento logaritmico per rigonfiamento - il logaritmo naturale del rapporto di 2 ampiezze che differiscono nel tempo di un periodo.

Nel tempo , il sistema oscillerà.

è il numero di oscillazioni per le quali l'ampiezza diminuisce di un fattore e.

Il fattore qualità caratterizza la capacità del circuito oscillatorio di smorzare le oscillazioni:

Q

.

Il fattore di qualità è proporzionale al numero di oscillazioni durante le quali l'ampiezza diminuisce di un fattore e.

Se Q è grande, le oscillazioni decadono lentamente (Fig. 7,

).

Oscillazioni elettromagnetiche forzate. risonanza elettrica.

Le oscillazioni elettromagnetiche libere si verificano con una frequenza determinata dai parametri del circuito ,E , e in un vero circuito oscillatorio decadono nel tempo a causa delle perdite di energia. Per ottenere oscillazioni non smorzate, le perdite di energia devono essere compensate. Pertanto, per ottenere oscillazioni elettromagnetiche non smorzate, è necessario introdurre nel circuito una fem, che cambia periodicamente nel tempo secondo la legge armonica:

Dove  0 è l'ampiezza della fem;  è la frequenza ciclica della forza motrice.

costretto chiamate oscillazioni elettromagnetiche che si verificano sotto l'azione di una fem che cambia periodicamente (Fig. 8).

Perché

,

-equazione differenziale delle oscillazioni elettromagnetiche forzate.

Si può dimostrare che la soluzione di questa equazione è l'espressione:

H e fico. 9 mostra un grafico della dipendenza della carica del condensatore dal tempo nel caso di oscillazioni elettromagnetiche forzate allo stato stazionario.

Le vibrazioni forzate sono fatte con la stessa frequenza , che è la f.e.m. forzante È stato sperimentato sperimentalmente che il cambiamento è in ritardo nel suo cambiamento rispetto ai cambiamenti nella fem ;y- differenza di fase delle oscillazioni E , sfasamento tra cambiamento E .

Valore di picco carica e

sono definiti dalle formule:

Perché

si può trovare w per il quale

.

I calcoli lo dimostrano

.

E risonanza elettrica- il fenomeno di un forte aumento dell'ampiezza delle oscillazioni forzate, quando la frequenza della fem motrice si avvicina alla frequenza naturale del circuito oscillatorio .

Come più resistenza contorno R, tanto più appiattita è la curva di risonanza (Fig. 10).

Onde elettromagnetiche.

Una carica elettrica che si muove uniformemente nel vuoto (rispetto a ISO) non si irradia. Ciò è evidente dal principio di relatività, secondo il quale tutti gli ISO sono uguali. In un sistema che si muove insieme a una carica, questa è stazionaria e le cariche stazionarie non si irradiano. Il campo di carica (elettrostatico nel suo sistema ed elettromagnetico in tutti gli altri) si muove con lui. Se la carica si muove con accelerazione sotto l'azione di forze esterne, il campo, che ha energia, e quindi massa e inerzia, è, per così dire, separato dalla carica e irradiato nello spazio alla velocità della luce. L'irraggiamento si verifica fintanto che una forza esterna agisce sulla carica, imprimendole accelerazione. Esempio: radiazione di sincrotrone, ad energie 10 7 eV, gli elettroni emettono luce visibile, a 10 9 eV - raggi x.

Il movimento di una carica con l'accelerazione cambia campo elettrico vicino a lui. Questo campo elettrico alternato, secondo la teoria di Maxwell, genera un campo magnetico ad esso interconnesso nello spazio circostante, il quale, essendo a sua volta variabile, genera un campo elettrico a vortice nelle zone limitrofe dello spazio, a seguito del quale il processo si propaga in spazio in tutte le direzioni con grande velocità (Fig. 11).

Pertanto, se una carica elettrica si muove con accelerazione (o oscilla), nello spazio circostante, catturando aree sempre più grandi, si crea un sistema di campi elettrici e magnetici reciprocamente perpendicolari che cambiano periodicamente. Si forma un'onda elettromagnetica che corre in tutte le direzioni da una carica oscillante.

P Viene chiamato il processo di propagazione delle oscillazioni elettromagnetiche nello spazio Onda elettromagnetica. La condizione principale per la radiazione EMW è la presenza di accelerazione.

I vettori sono perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione e formano con essa un sistema destrogiro. Perché il EMW è trasversale (Fig. 12). A distanze dalla sorgente che sono molto maggiori della lunghezza d'onda, l'EMW è piatto.

Dove

Velocità EMW nel vuoto,

Otteniamo l'equazione di un piano EMW (Fig. 13).

Se al punto DI

, al punto M

;

è il tempo impiegato dall'onda per percorrere la distanza dal punto al punto

.

Perché

,

dove è il vettore d'onda.

Generalmente ,.

Il campo di radiazione elettromagnetica è stato scoperto relativamente di recente, circa 100 anni fa. Nel secolo scorso, questa scoperta ha portato a cambiamenti significativi nella vita della società. La maggior parte dei sistemi di ingegneria radio si basa sull'uso diretto del campo elettromagnetico, ad es. onde radio per la trasmissione di informazioni (comunicazioni, broadcasting, televisione) o per la loro estrazione (radar, radiotelemetria, ecc.); La parola "radio" in realtà significa radiazione.

Non esiste un tale campo dell'attività umana in cui l'ingegneria radio non sarebbe applicata o non potrebbe essere applicata. Il progresso della società senza ingegneria radio, l'elettronica radio è semplicemente impossibile. La radioelettronica è utilizzata in varie ricerche scientifiche, ricerca spaziale, aviazione, marina, medicina, metrologia, geologia, industria, agricoltura. Recentemente sono stati condotti studi sulla possibilità di trasmettere l'energia solare dalle fotocellule spaziali alla Terra utilizzando onde radio concentrate in fasci stretti. Le onde radio sono ampiamente utilizzate negli affari militari: radar - per combattere i missili autoguidati; per la ricognizione radar aerea, ecc.

Recentemente è diventato possibile ottenere immagini radar di alta qualità della superficie terrestre e degli oggetti, paragonabili in dettaglio alle fotografie aeree.

La possibilità di utilizzare segnali radio per determinare la posizione di oggetti riflettenti (navi, aerei, automobili) è stata espressa da A.S. Popov, a cui il mondo deve l'invenzione della radio.

Sulla base di sistemi di rilevamento della direzione radio, sono stati costruiti "autopiloti", sistemi per l'atterraggio "cieco" di aerei nella nebbia e molti altri dispositivi.

Le oscillazioni forzate sono chiamate tali oscillazioni che sono causate dall'azione sul sistema di forze esterne che cambiano periodicamente nel tempo. Nel caso delle oscillazioni elettromagnetiche, tale forza esterna è una fem che cambia periodicamente. fonte corrente.

Caratteristiche distintive oscillazioni forzate: oscillazioni forzate - oscillazioni non smorzate; la frequenza delle oscillazioni forzate è uguale alla frequenza dell'azione periodica esterna sul sistema oscillatorio, cioè, in questo caso, è uguale alla frequenza del cambiamento fem. fonte corrente.

L'ampiezza delle oscillazioni forzate dipende dalla frequenza del cambiamento di fem. fonte corrente. Le oscillazioni forzate sono caratterizzate dal fenomeno della risonanza elettrica, in cui l'ampiezza delle oscillazioni forzate diventa massima. Questo fenomeno fisico si osserva quando la frequenza del cambiamento fem coincide. una sorgente di corrente con una frequenza di oscillazione naturale di un dato circuito, cioè:

dove: i è il valore istantaneo della corrente, cioè il suo valore all'istante t = 0;

J0 - ampiezza o valore massimo della forza attuale;

w - frequenza del cambiamento corrente, numericamente uguale alla frequenza emf cambia fonte corrente.

In pratica è scomodo utilizzare valori istantanei o di ampiezza di corrente e tensione. Amperometri e voltmetri nel circuito CA misurano i cosiddetti valori effettivi o effettivi della corrente alternata, che sono correlati ai valori di ampiezza della corrente dalle formule:

I valori effettivi della forza attuale e della tensione della corrente alternata sono i valori di queste quantità per tale corrente continua, che, sulla stessa resistenza attiva, rilascia per un tempo pari al periodo T della corrente alternata, la stessa quantità di calore della corrente alternata data.

La sorgente di corrente alternata è un generatore di corrente alternata, il cui principio fisico si basa sulla rotazione uniforme a una velocità angolare w di un telaio piatto con area S, costituito da N spire, in un campo magnetico uniforme con induzione B. In questo caso, il telaio è attraversato da un flusso magnetico alternato:

dove: Ф0 - il valore massimo del flusso magnetico;

a è l'angolo tra la normale al telaio e il vettore di induzione magnetica B;

Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, il valore istantaneo della fem sarà eccitato nel frame, cambiando secondo la legge:

dove: e - valore fem istantaneo;

e0 - valore di ampiezza della fem;

w è la velocità angolare della rotazione del frame.

In generale, un circuito a corrente alternata è un circuito oscillatorio:

La tensione ai terminali della sorgente di corrente U varia secondo la legge armonica con la frequenza di variazione della fem. alternatore.

Esiste una differenza fondamentale tra la resistenza elettrica del circuito CA rispetto alla resistenza elettrica del circuito CC, associata alle trasformazioni energia elettrica in altre forme di energia.

I dispositivi in cui l'energia elettrica viene completamente e irreversibilmente convertita in altri tipi di energia sono chiamati carichi attivi e resistenze elettriche questi dispositivi - resistenze attive. In un circuito DC, ci sono solo carichi resistivi.

I dispositivi in cui non vi è alcuna conversione irreversibile dell'energia elettrica in altre forme di energia sono chiamati carichi reattivi e le loro resistenze sono chiamate resistenze reattive. Le reattanze in un circuito CA hanno un condensatore e un induttore, che sono rispettivamente chiamati reattanza capacitiva xc e reattanza induttiva xL. In questo caso, il condensatore ha solo reattanza e l'induttore, oltre alla reattanza, ha anche resistenza attiva. Le reattanze sono calcolate dalle formule:

dove: C è la capacità del condensatore;

L è l'induttanza della bobina;

w è la frequenza del cambiamento di fem. fonte corrente.

Se non vi è alcun carico reattivo nel circuito a corrente alternata o la sua resistenza è trascurabile rispetto alla resistenza attiva del circuito, allora le fluttuazioni di corrente coincidono in fase con le fluttuazioni di tensione e si verificano con la frequenza e la fase delle oscillazioni fem. fonte corrente:

Un circuito CA che non contiene un condensatore e la cui resistenza attiva è trascurabile rispetto alla reattanza induttiva è chiamato circuito CA con resistenza induttiva. In un tale circuito, le fluttuazioni di tensione sulla bobina sono in anticipo rispetto alle fluttuazioni di corrente di π/2, ovvero:

. (14)

Circuito AC che non ha reattanza induttiva e la cui resistenza attiva è trascurabile rispetto alla capacità, è chiamato circuito a corrente alternata con capacità. In un tale circuito, le fluttuazioni di corrente portano fluttuazioni di tensione di π/2:

. (21)

La potenza si chiama potenza attiva. Il fattore cosφ è chiamato fattore di potenza, dove: j è lo sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e tensione. Il fattore di potenza è calcolato dalla formula.

Ricordiamo che è conveniente osservare le oscillazioni in un circuito oscillatorio. Chiamiamo il circuito oscillatorio il sistema più semplice in cui possono esistere queste oscillazioni. Il circuito oscillatorio è costituito da due elementi: una bobina, con un certo numero di spire, che ha un'induttanza e un condensatore, caratteristica principale che è la capacità elettrica (Fig. 1).

Riso. 1. Designazioni di bobine e condensatori ()

Gli elementi possono essere collegati in diversi modi, ma molto spesso, per osservare le vibrazioni, sono collegati, come mostrato in Fig. 2.

Riso. 2. Circuito oscillatorio LC ()

Un condensatore è collegato in parallelo alla bobina, tale circuito è chiamato circuito oscillatorio LC, sottolineando così che il circuito include un condensatore e un induttore. Questo è il sistema più semplice in cui si verificano oscillazioni elettromagnetiche. Come già sappiamo, le fluttuazioni possono verificarsi se ci sono determinate condizioni:

1. La presenza di un circuito oscillatorio.

2. La resistenza elettrica deve essere molto piccola.

3. Condensatore carico.

Si tratta di vibrazioni libere.

Affinché si verifichino oscillazioni non smorzate - oscillazioni forzate, dovremo ogni volta impartire ulteriore energia al condensatore nel circuito oscillatorio. Vediamo come appare sul diagramma (Fig. 3).

Riso. 3. Circuito oscillatorio di oscillazioni elettromagnetiche forzate ()

In questo caso viene mostrato un circuito oscillatorio, il cui condensatore è dotato di una chiave. La chiave può passare alla posizione 1 o alla posizione 2. Quando è collegato alla posizione 1, il condensatore è collegato a una sorgente di tensione e riceve una carica, ovvero il condensatore viene caricato. Quando è collegato alla posizione 2, le oscillazioni iniziano in questo circuito oscillatorio, il grafico di questo circuito oscillatorio sarà simile a questo (Fig. 4).

Riso. 4. Grafico delle oscillazioni elettromagnetiche forzate ()

Quando si inserisce la chiave in posizione 2 la corrente elettrica aumenta, cambia direzione e va in attenuazione, quando si porta la chiave in posizione 1 e poi in posizione 2 si ha il successivo periodo di oscillazione. Di conseguenza, osserviamo un'immagine delle oscillazioni elettromagnetiche forzate che si verificano nel circuito.

Il tipo più comune di oscillazioni elettromagnetiche forzate è un telaio che ruota in un campo magnetico. Questo dispositivo è chiamato alternatore e la stessa corrente alternata è forzata oscillazioni elettromagnetiche.

Per ottenere oscillazioni non smorzate nel circuito, è necessario realizzare un circuito in cui il condensatore venga caricato ogni volta, almeno un periodo.

Quando scorre corrente elettrica nel circuito oscillatorio, ogni volta che ci sono perdite di energia associate alla resistenza attiva, cioè l'energia viene spesa per riscaldare i fili, ma ce ne sono altri due momenti importanti perdita di energia:

Costi energetici per l'azione della carica elettromagnetica del condensatore sul dielettrico, che si trova tra le piastre. Il dielettrico è influenzato campo elettrico, che avviene all'interno del condensatore, nel qual caso parte dell'energia viene consumata;

Quando una corrente elettrica attraversa il circuito, si crea un campo magnetico che dissipa una certa quantità di energia nello spazio circostante.

Per compensare queste perdite, dobbiamo ogni volta informare il condensatore di energia.

Questo problema è stato risolto con successo nel 1913, quando un tre elettrodi lampada elettrica(figura 5).

Riso. 5. Tubo a vuoto a tre elettrodi ()

Oscillazioni elettromagnetiche forzate- variazioni periodiche di corrente e tensione nel circuito elettrico.

Un circuito elettrico non è necessariamente un circuito oscillatorio, ma cambiamenti periodici nelle caratteristiche (corrente, tensione, carica), queste saranno oscillazioni elettromagnetiche forzate.

Costretto oscillazioni elettromagnetiche - non smorzato oscillazioni elettromagnetiche, dal momento che non si fermano per un tempo arbitrariamente lungo, ogni volta che abbiamo programmato.

La teoria del campo elettromagnetico è stata formulata dallo scienziato inglese James Maxwell, la considereremo nelle lezioni future.

Bibliografia

Tikhomirova SA, Yavorsky B.M. Fisica ( un livello base di) - M.: Mnemozina, 2012.
Gendenstein LE, Dick Yu.I. Fisica classe 10. - M.: Mnemosine, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisica-9. - M.: Illuminismo, 1990.

Compiti a casa

Definire le oscillazioni elettromagnetiche forzate.
Di cosa è fatto il circuito oscillante più semplice?
Cosa è necessario affinché le oscillazioni non siano smorzate?

Portale Internet Sfiz.ru ().
Portale Internet Eduspb.com ().
Portale Internet Naexamen.ru ().

Caratteristiche distintive delle oscillazioni forzate: oscillazioni forzate - oscillazioni non smorzate; la frequenza delle oscillazioni forzate è uguale alla frequenza dell'azione periodica esterna sul sistema oscillatorio, cioè, in questo caso, è uguale alla frequenza del cambiamento fem. fonte corrente.

dove: i è il valore istantaneo della corrente, cioè il suo valore all'istante t = 0;

J 0 - ampiezza o valore massimo della forza attuale;

w è la frequenza del cambiamento di corrente, numericamente uguale alla frequenza del cambiamento di fem. fonte corrente.

I valori effettivi dell'intensità di corrente e della tensione della corrente alternata sono i valori di queste quantità per una tale corrente continua che, sulla stessa resistenza attiva, rilascia la stessa quantità di calore in un tempo pari al periodo T della corrente alternata come corrente alternata data.

dove: Ф 0 - il valore massimo del flusso magnetico;

a è l'angolo tra la normale al telaio e il vettore di induzione magnetica B;

Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, il valore istantaneo della fem sarà eccitato nel frame, cambiando secondo la legge:

dove: e - valore fem istantaneo;

e 0 - valore di ampiezza della fem;

w è la velocità angolare della rotazione del frame.

In generale, un circuito a corrente alternata è un circuito oscillatorio:

La tensione ai terminali della sorgente di corrente U varia secondo la legge armonica con la frequenza di variazione della fem. alternatore.

Esiste una differenza fondamentale tra la resistenza elettrica di un circuito CA rispetto alla resistenza elettrica di un circuito CC, associata alla conversione dell'energia elettrica in altri tipi di energia.

I dispositivi in cui l'energia elettrica viene completamente e irreversibilmente convertita in altri tipi di energia sono chiamati carichi attivi e le resistenze elettriche di questi dispositivi sono chiamate resistenze attive. In un circuito DC, ci sono solo carichi resistivi.

I dispositivi in cui non vi è alcuna conversione irreversibile dell'energia elettrica in altre forme di energia sono chiamati carichi reattivi e le loro resistenze sono chiamate resistenze reattive. Le reattanze in un circuito a corrente alternata hanno un condensatore e un induttore, che sono rispettivamente chiamati resistenza x c capacitiva e reattanza induttiva x L . In questo caso, il condensatore ha solo reattanza e l'induttore, oltre alla reattanza, ha anche resistenza attiva. Le reattanze sono calcolate dalle formule:

dove: C è la capacità del condensatore;

L è l'induttanza della bobina;

w è la frequenza del cambiamento di fem. fonte corrente.

. (14)

Un circuito CA che non ha reattanza induttiva e la cui resistenza attiva è trascurabile rispetto alla reattanza capacitiva è chiamato circuito CA capacitivo. In un tale circuito, le fluttuazioni di corrente portano le fluttuazioni di tensione di /2:

Per l'ampiezza e i valori effettivi della corrente alternata vale la legge di Ohm:

, (19)

dove il valore di R è chiamato l'impedenza del circuito CA.

La quantità di calore Q rilasciata sulla resistenza attiva è calcolata secondo la legge di Joule-Lenz:

. (20)

La quantità di energia elettrica convertita in altri tipi di energia è determinata dalla potenza della corrente alternata. Poiché la corrente e la tensione sono variabili, anche la potenza nel circuito a corrente alternata è una variabile. Pertanto, ha senso parlare solo del valore istantaneo della potenza \u003d I 2 R a, o del valore medio della potenza durante il periodo T della variazione della corrente alternata, calcolato dalla formula:

. (21)

La potenza si chiama potenza attiva. Il fattore cosφ è chiamato fattore di potenza, dove: j è lo sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e tensione. Il fattore di potenza si calcola con la formula:

. (22)

Un dispositivo chiamato trasformatore viene utilizzato per convertire la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione alla stessa frequenza. Il trasformatore è un sistema costituito da due avvolgimenti (bobine) collegati da un nucleo. Se la bobina originale contiene N 1 spire e la bobina secondaria contiene N 2 spire, il rapporto di trasformazione k viene calcolato con la formula:

dove e 1 ed e 2 - f.e.m. induzione negli avvolgimenti primari e secondari.

Se la caduta di tensione attraverso la resistenza attiva dell'avvolgimento primario del trasformatore è trascurabile, allora: ε 1 = u 1 e ε 2 = u 2. Poi:

efficienza trasformatore è chiamato il rapporto tra la potenza R 2 data dall'avvolgimento secondario e la potenza R 1 fornita a avvolgimento primario:

. (25)

efficienza i trasformatori moderni sono molto alti - 97-98%. Pertanto, secondo la legge di conservazione dell'energia, la potenza attuale nell'avvolgimento primario è quasi uguale alla potenza attuale in avvolgimento secondario: R 1 R 2 . Ne consegue che: J 1 U 1 J 2 U 2 .

Quindi la formula (24) può essere scritta come:

, (26)