1 Surse reale și ideale de e-mail. energie. scheme echivalente. Orice sursa energie electrica transformă alte tipuri de energie (mecanică, ușoară, chimică etc.) în energie electrică. Curentul din sursa de energie electrică este direcționat de la negativ la pozitiv datorita fortelor externe datorate tipului de energie pe care sursa o transforma in energie electrica. Sursa reală de energie electrică în analiza circuitelor electrice poate fi reprezentată fie sub formă sursa de tensiune sau ca sursă de energie. Mai jos este un exemplu de baterie obișnuită.
Modalitățile de prezentare a unei surse reale de energie electrică diferă unele de altele prin circuite echivalente (diagrame de proiectare). Pe fig. 15 sursa reală este reprezentată (înlocuită) printr-un circuit sursă de tensiune, iar în fig. 16, sursa reală este reprezentată (înlocuită) de circuitul sursei de curent.
|
|
|
||
|
|
|||
|
| |||
Perioadă(T) - timpul (s) în care variabila face o oscilație completă. Frecvență este numărul de cicluri pe secundă. Unitatea de frecvență este Hertz (abreviat Hz), 1 Hz este egal cu o oscilație pe secundă. Perioada și frecvența sunt legate T=1/f. Schimbându-se în timp, valoarea sinusoidală (tensiune, curent, EMF) preia diverse sensuri. Valoarea unei mărimi la un moment dat în timp se numește instantanee. Amplitudine - cea mai mare valoare valoare sinusoidală. Amplitudinile curentului, tensiunii și EMF sunt indicate cu majuscule cu un indice: I m, U m, E m și valorile lor instantanee - cu litere mici i, u, e. Valoarea instantanee a unei mărimi sinusoidale, de exemplu curent, este determinată de formula i = I m sin(ωt + ψ), unde ωt + ψ este unghiul de fază care determină valoarea mărimii sinusoidale la un moment dat; ψ este faza inițială, adică unghiul care determină valoarea mărimii în momentul inițial de timp. Mărimile sinusoidale care au aceeași frecvență, dar faze inițiale diferite se numesc defazate.
3 Pe fig. 2 prezintă grafice ale mărimilor sinusoidale (curent, tensiune) decalate în fază. Când fazele inițiale ale celor două mărimi sunt egale cu ψ i = ψ u , atunci diferența este ψ i − ψ u = 0 și, prin urmare, nu există defazaj φ = 0 (Fig. 3). Eficacitatea acțiunii mecanice și termice a curentului alternativ este estimată prin valoarea efectivă a acestuia. Valoarea efectivă a curentului alternativ este egală cu această valoare curent continuu, care, într-un timp egal cu o perioadă de curent alternativ, va elibera în aceeași rezistență aceeași cantitate de căldură ca și curentul alternativ. Valoarea curentă este indicată cu majuscule fără index: Eu, U, E. Orez. 2 Grafice ale curentului sinusoidal și tensiunii defazate în fază. Orez. 3 Grafice ale curentului și tensiunii sinusoidale, care coincid în fază
Pentru valorile sinusoidale, valorile efective și ale amplitudinii sunt legate de relațiile:
I=IM /√2; U=U M /√2; E=E M √2. Valorile efective ale curentului și tensiunii sunt măsurate cu ampermetre și voltmetre de curent alternativ, iar valoarea medie a puterii este măsurată cu wattmetre.
4 .Valoare validă (eficientă).puterecurent alternativ numită cantitatea de curent continuu, a cărui acțiune va produce același lucru (efect termic sau electrodinamic) ca și curentul alternativ considerat într-o perioadă. Folosit mai des în literatura modernă definiție matematică a acestei valori este valoarea efectivă a curentului alternativ. Cu alte cuvinte, valoarea efectivă a curentului poate fi determinată prin formula:
.
Pentru oscilații ale curentului armonic
5 Formula reactanței inductive:
unde L este inductanța.
Formula capacității:
unde C este capacitatea.
Ne propunem să luăm în considerare un circuit de curent alternativ, care include o rezistență activă, și să îl desenăm în caiete. După ce verific desenul, vă spun că în circuit electric(Fig. 1, a) sub acțiunea unei tensiuni alternative, curge un curent alternativ, a cărui modificare depinde de modificarea tensiunii. Dacă tensiunea crește, curentul din circuit crește, iar când tensiunea este zero, nu există curent în circuit. O schimbare a direcției sale va coincide și cu o schimbare a direcției tensiunii
(Fig. 1, c).
Fig 1. Circuit AC cu rezistență activă: a - diagramă; b - diagrama vectoriala; c - diagrama undelor
Reprezentez grafic sinusoidele de curent și tensiune pe placă care sunt în fază, explicând că, deși perioada și frecvența oscilațiilor, precum și valorile maxime și efective, pot fi determinate din sinusoid, cu toate acestea este destul de dificil să construiți o sinusoidă. . O modalitate mai simplă de a reprezenta valorile curentului și tensiunii este vectorul. Pentru acest vector de stres (la scară) ar trebui trasat la dreapta dintr-un punct ales în mod arbitrar. Profesorul invită elevii să amâne singuri vectorul curent, amintind că tensiunea și curentul sunt în fază. După construirea unei diagrame vectoriale (Fig. 1, b), ar trebui să se arate că unghiul dintre vectorii tensiune și curent este egal cu zero, adică ? = 0. Puterea curentului într-un astfel de circuit va fi determinată de legea lui Ohm: intrebarea 2. Circuit AC cu rezistență inductivă Considerăm un circuit AC (Fig. 2, a), care include o rezistență inductivă. O astfel de rezistență este o bobină cu un număr mic de spire de sârmă mare, în care rezistența activă este considerată a fi 0.
Orez. 2. Circuit AC cu rezistență inductivă
În jurul spirelor bobinei, în timpul trecerii curentului, se va crea un câmp magnetic alternant, inductiv în spirele fem-ului de autoinducție. Conform regulii lui Lenz, ede de inducție contracarează întotdeauna cauza care o provoacă. Și deoarece această autoinducție este cauzată de modificări ale curentului alternativ, împiedică trecerea acestuia. Rezistența cauzată de această auto-inducție se numește inductivă și se notează cu litera x L. Rezistența inductivă a bobinei depinde de viteza de schimbare a curentului din bobină și de inductanța acesteia L: unde X L este rezistența inductivă, Ohm; este frecvența unghiulară a curentului alternativ, rad/s; L este inductanța bobinei, G.
Frecvența unghiulară == ,
Prin urmare, .
Capacitate într-un circuit de curent alternativ. Înainte de a începe explicația, trebuie amintit că există o serie de cazuri când în circuitele electrice, pe lângă rezistențele active și inductive, există și rezistență capacitivă. Un dispozitiv conceput pentru a stoca sarcini electrice se numește condensator. Cel mai simplu condensator sunt două fire separate printr-un strat de izolație. De aceea fire toronate, cablurile, infasurarile motorului etc au rezistenta capacitiva. Explicație urmată de afișarea condensatorului tipuri variateși capacități cu conexiunea lor la circuitul electric. Propun să luăm în considerare cazul în care în circuitul electric predomină o rezistență capacitivă, iar cele active și inductive pot fi neglijate din cauza valorilor lor mici (Fig. 6, a). Dacă condensatorul este conectat la un circuit de curent continuu, atunci nu va curge curent prin circuit, deoarece există un dielectric între plăcile condensatorului. Dacă capacitatea este conectată la un circuit de curent alternativ, atunci un curent / va circula prin circuit, cauzat de reîncărcarea condensatorului. Reîncărcarea are loc deoarece tensiunea alternativă își schimbă direcția și, prin urmare, dacă conectăm un ampermetru în acest circuit, acesta va afișa curentul de încărcare și descărcare al condensatorului. Nu trece curent prin condensator. Puterea curentului care trece într-un circuit cu capacitate depinde de capacitatea condensatorului Xc și este determinată de legea lui Ohm 
unde U este tensiunea sursei EMF, V; Xs - rezistență capacitivă, Ohm; / - puterea curentului, A.
Orez. 3. Circuit AC cu capacitate
Capacitatea, la rândul său, este determinată de formula 
unde C este capacitatea condensatorului, F. Sugerez ca elevii să construiască o diagramă vectorială a curentului și tensiunii într-un circuit cu capacitate. Vă reamintesc că la studierea proceselor dintr-un circuit electric cu rezistență capacitivă, s-a constatat că curentul conduce tensiunea cu un unghi φ = 90 °. Această schimbare de fază a curentului și a tensiunii ar trebui să fie afișată pe diagrama de unde. Reprezentez grafic o sinusoidă de tensiune pe tablă (Fig. 3, b) și îi instruiesc pe elevi să deseneze independent o sinusoidă de curent pe desen, conducând tensiunea cu un unghi de 90 °
DEFINIȚIE
Condensator, în cel mai simplu caz este format din două conductoare metalice(plăci), care sunt separate printr-un strat dielectric. Fiecare dintre plăcile de condensator are propria sa ieșire și poate fi conectată la un circuit electric.
Un condensator este caracterizat de o serie de parametri (capacitate, tensiune de funcționare etc.), una dintre aceste caracteristici este rezistența. Condensatorul practic nu trece curent electric continuu. Acesta este rezistenta condensatorului este infinit de mare pentru curent continuu, dar acesta este cazul ideal. Un curent dielectric real poate circula foarte puțin. Acest curent se numește curent de scurgere. Curentul de scurgere este un indicator al calității dielectricului, care este utilizat la fabricarea unui condensator. La condensatoarele moderne, curentul de scurgere este de câteva fracții de microamper. Rezistența condensatorului în acest caz poate fi calculată folosind legea lui Ohm pentru secțiunea circuitului, cunoscând tensiunea la care este încărcat condensatorul și curentul de scurgere. Dar, de obicei, la rezolvarea problemelor educaționale, rezistența unui condensator la curentul continuu este considerată infinit de mare.
Rezistența AC a condensatorului
Când un condensator este conectat la un circuit de curent alternativ, curentul curge liber prin condensator. Acest lucru este explicat foarte simplu: există un proces de încărcare și descărcare constantă a condensatorului. În acest caz, ei spun că capacitatea condensatorului este prezentă în circuit, pe lângă rezistența activă.
Și astfel, condensatorul, care este inclus în circuitul de curent alternativ, se comportă ca o rezistență, adică afectează puterea curentului care curge în circuit. Notăm valoarea rezistenței capacitive ca , valoarea acesteia este legată de frecvența curentului și este determinată de formula:
unde este frecvența curentului alternativ; - frecventa unghiulara a curentului; C este capacitatea condensatorului.
Dacă condensatorul este conectat la un circuit de curent alternativ, atunci nu se consumă energie în el, deoarece faza curentului este deplasată în raport cu tensiunea. Dacă luăm în considerare o perioadă de oscilație a curentului în circuit (T), atunci se întâmplă următoarele: atunci când condensatorul este încărcat (aceasta este), energia este stocată în câmpul condensatorului; în următorul interval de timp (), condensatorul este descărcat și eliberează energie circuitului. Prin urmare, rezistența capacitivă se numește reactivă.
Trebuie remarcat faptul că în fiecare condensator real, puterea reală (pierderea de putere) este încă irosită atunci când trece un curent alternativ prin el. Acest lucru se datorează faptului că apar modificări în starea dielectricului condensatorului. În plus, există o anumită scurgere în izolația plăcilor condensatorului, astfel încât apare o rezistență activă mică, care, așa cum ar fi, este conectată în paralel cu condensatorul.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Exercițiu | Circuitul oscilator are o rezistență (R), un inductor (L) și o capacitate C (Fig. 1). La acesta este conectată o tensiune externă, a cărei amplitudine este , iar frecvența este . Care este amplitudinea curentului din circuit? |
| Soluţie | Rezistența circuitului din fig. 1 este suma rezistenței active R, a capacității condensatorului și a rezistenței inductorului. Rezistența totală a circuitului (Z), care conține elementele de mai sus, se găsește astfel: Legea lui Ohm pentru secțiunea noastră a circuitului poate fi scrisă ca: Să exprimăm amplitudinea dorită a intensității curentului din (1.2), înlocuind în loc de Z partea dreapta formulele (1.1), avem:
|
| Răspuns |  |
Unul dintre dispozitivele principale din electronică și inginerie electrică este un condensator. După ce circuitul electric este închis, începe încărcarea, după care devine imediat o sursă de curent și tensiune, în el apare o forță electromotoare - EMF. Una dintre principalele proprietăți ale unui condensator este reflectată foarte precis în formula capacității. Acest fenomen apare ca urmare a contracarării EMF îndreptate împotriva sursei de curent folosită pentru încărcare. Sursa de curent poate depăși capacitatea doar cheltuind o cantitate semnificativă din propria sa energie, care devine energie câmp electric condensator.
Când dispozitivul este descărcat, toată această energie este returnată înapoi în circuit, transformându-se în energie. curent electric. Prin urmare, rezistența capacitivă poate fi atribuită reactivului, nedeterminând pierderi ireversibile de energie. Condensatorul este încărcat până la nivelul de tensiune care este dat de sursa de alimentare.
Capacitatea condensatorului
Condensatorii sunt printre cele mai comune elemente utilizate în diverse circuite electronice. Ele sunt împărțite în tipuri cu trasaturi caracteristice, parametrii și proprietățile individuale. Cel mai simplu condensator este format din două plăci metalice - electrozi, separate printr-un strat dielectric. Fiecare dintre ele are propria sa ieșire prin care se realizează conexiunea la circuitul electric.
Există calități unice pentru condensatoare. De exemplu, ele nu trec deloc curent continuu prin ei înșiși, deși sunt încărcate din acesta. După ce capacitatea este complet încărcată, fluxul de curent se oprește complet, iar rezistența internă a dispozitivului capătă o valoare infinit de mare.
Într-un mod complet diferit, condensatorul este afectat, curgând complet liber prin capacitate. Această stare se explică prin procesele constante de încărcare și descărcare a elementului. În acest caz, nu acționează doar rezistența activă a conductorilor, ci și capacitatea condensatorului în sine, care apare tocmai ca urmare a încărcării și descarcării sale constante.
Parametrii electrici și proprietățile condensatoarelor pot varia, în funcție de diferiți factori. În primul rând, acestea depind de mărimea și forma produsului, precum și de tipul dielectricului. LA tipuri diferite dispozitivele pot servi ca hârtie, aer, plastic, sticlă, mica, ceramică și alte materiale. Condensatoarele electrolitice folosesc electrolit de aluminiu și electrolit de tantal, ceea ce le oferă o capacitate crescută.
Numele altor elemente sunt determinate de materialele dielectricilor obișnuiți. Prin urmare, ele aparțin categoriei hârtiei, ceramicii, sticlei etc. Fiecare dintre ele, în conformitate cu caracteristicile și caracteristicile, este utilizat în circuite electronice specifice, cu parametri diferiți ai curentului electric.
Din acest motiv, cererea condensatoare ceramice necesar în acele circuite în care este necesară filtrarea zgomotului de înaltă frecvență. Dispozitivele electrolitice, dimpotrivă, filtrează interferența când frecvente joase. Dacă conectați ambele tipuri de condensatoare în paralel, obțineți un filtru universal care este utilizat pe scară largă în toate circuitele. În ciuda faptului că capacitatea lor este o valoare fixă, există dispozitive cu o capacitate variabilă, care se realizează prin ajustări prin modificarea suprapunerii reciproce a plăcilor. Un exemplu tipic sunt condensatoarele de reglare utilizate în reglarea echipamentelor electronice.
Capacitatea în circuitul AC
Când un condensator este conectat la un circuit de curent continuu, un flux de curent de încărcare va fi observat pentru o perioadă scurtă de timp. La sfârșitul încărcării, când tensiunea condensatorului corespunde tensiunii sursei de curent, fluxul de curent pe termen scurt în circuit se va opri. Astfel, complet la curent continuu va exista un fel de circuit deschis sau rezistență cu o valoare infinit de mare. Cu curent alternativ, condensatorul se va comporta complet diferit. Încărcarea sa într-un astfel de circuit se va efectua alternativ în direcții diferite. Fluxul de curent alternativ în circuit nu este întrerupt în acest moment.
O analiză mai detaliată a acestui proces indică o valoare zero a tensiunii în condensator în momentul în care acesta este pornit. După ce i s-a alăturat Tensiune AC rețeaua va începe să se încarce. În acest moment, tensiunea rețelei va crește în primul trimestru al perioadei. Pe măsură ce sarcinile se acumulează pe plăci, tensiunea condensatorului în sine crește. După ce tensiunea rețelei atinge maximul la sfârșitul primului trimestru al perioadei, încărcarea se oprește și curentul din circuit devine egal cu zero.
Există o formulă pentru determinarea curentului într-un circuit condensator: I = ∆q/∆t, unde q este cantitatea de energie electrică care curge prin circuit într-o perioadă de timp t. În conformitate cu legile electrostaticii, cantitatea de electricitate din dispozitiv va fi: q \u003d C x Uc \u003d C x U. În această formulă, C va fi capacitatea condensatorului, U - tensiunea rețelei, Uc - tensiunea de pe plăcile elementelor. În forma finală, formula curentului din circuit va arăta astfel: i = C x (∆Uc/∆t) = C x (∆U/∆t).
La începutul celui de-al doilea trimestru al perioadei, tensiunea rețelei va scădea și condensatorul va începe să se descarce. Curentul din circuit își va schimba direcția și va curge în sens opus. În următoarea jumătate a perioadei, direcția tensiunii de rețea se va schimba, elementul va fi reîncărcat și apoi va începe să se descarce din nou. Curentul prezent în circuitul condensatorului va conduce tensiunea de pe plăci cu 90 de grade în fază.
S-a stabilit că modificările curentului condensatorului au loc la o rată proporțională cu frecvența unghiulară ω. Prin urmare, în conformitate cu formula deja cunoscută pentru curentul din circuitul i \u003d C x (∆U / ∆t), se dovedește, în mod similar, că valoarea efectivă a curentului va fi, de asemenea, o proporție între rata de schimbare a tensiunea şi frecvenţa unghiulară ω: I = 2π x f x C x U .
În plus, este destul de ușor să setați valoarea capacității sau reactanței capacității: xc = 1/2π x f x C = 1/ ω x C. Acest parametru este calculat atunci când capacitatea capacitivă este inclusă în circuitul AC. Prin urmare, în conformitate cu legea lui Ohm într-un circuit de curent alternativ cu un condensator pornit, puterea curentului va fi următoarea: I = U / xc, iar tensiunea de pe plăci va fi: Uc = Ic x xc.
Partea tensiunii de rețea care cade pe condensator se numește cădere de tensiune capacitivă. Este cunoscută și ca componenta reactivă a tensiunii, notată cu simbolul Uc. Valoarea capacității xs, precum și valoarea reactanței inductive xi este direct legată de frecvența curentului alternativ.
Să închidem lanțul. Circuitul va încărca condensatorul. Aceasta înseamnă că o parte din electronii din partea stângă a condensatorului vor intra în fir și același număr de electroni va merge din fir în partea dreaptă a condensatorului. Ambele plăci vor fi încărcate cu sarcini opuse de aceeași mărime.
Între plăci în dielectric va fi câmp electric.
Acum să rupem lanțul. Condensatorul va rămâne încărcat. Îi vom scurta căptușeala cu o bucată de sârmă. Condensatorul se va descărca instantaneu. Aceasta înseamnă că un exces de electroni va intra în fir de pe placa dreaptă, iar o lipsă de electroni va intra în firul de pe placa din stânga. Pe ambele plăci de electroni va fi același, condensatorul va fi descărcat.
La ce tensiune este încărcat condensatorul?
Se încarcă până la tensiunea care i se aplică de la sursa de alimentare.
Rezistența condensatorului.
Să închidem lanțul. Condensatorul a început să se încarce și a devenit imediat o sursă de curent, tensiune, E.D.S.. Figura arată că E.D.S.-ul condensatorului este îndreptat împotriva sursei de curent care îl încarcă.
Opoziţie forta electromotoare a unui condensator încărcat sarcina acestui condensator se numește reactanță capacitivă.
Toată energia cheltuită de sursa de curent pentru a depăși capacitivul
rezistența este convertită în energia câmpului electric al condensatorului.
Când condensatorul este descărcat toată energia câmpului electric
înapoi în circuit sub formă de energie electrică. Asa de
Astfel, capacitatea este reactivă, adică fără a provoca pierderi ireversibile de energie.
De ce curentul continuu nu trece printr-un condensator, în timp ce curentul alternativ trece?
 |
 |
 |
Porniți circuitul DC. Lampa se aprinde și se stinge intermitent, de ce? Deoarece curentul de încărcare a condensatorului a trecut în circuit. De îndată ce condensatorul este încărcat la tensiunea bateriei, curentul din circuit se va opri.
Acum să închidem circuitul AC. În primul trimestru al perioadei, tensiunea la generator crește de la 0 la maxim. Circuitul încarcă un condensator. În al doilea trimestru al perioadei, tensiunea la generator scade la zero. Condensatorul este descărcat prin generator. După aceea, condensatorul este încărcat și descărcat din nou. Astfel, în circuit există curenți de încărcare și descărcare ai condensatorului. Lampa va fi aprinsă constant.
Într-un circuit cu un condensator, curentul circulă în întregul circuit închis, inclusiv în dielectricul condensatorului. Într-un condensator de încărcare, se formează un câmp electric care polarizează dielectricul. Polarizarea este rotația electronilor în atomi pe orbite alungite.
Polarizarea simultană a unui număr mare de atomi formează un curent numit curent de deplasare. Astfel, curentul curge în fire și în dielectric, și aceeași valoare.
condensatorul este determinat de formula
Pe rezistența activă, tensiunea U acționează și curentul I sunt în fază. Pe capacitate, tensiunea Uc rămâne în urmă cu 90 0 în urma curentului I. Tensiunea rezultată aplicată de generator la condensator este determinată de regula paralelogramului. Această tensiune rezultată rămâne în urma curentului I cu un anumit unghi φ, care este întotdeauna mai mic de 90 0 .
Determinarea rezistenței condensatorului rezultat
Rezistența rezultată a unui condensator nu poate fi găsită prin însumarea valorilor rezistențelor sale active și capacitive. Acest lucru se face conform formulei
Vă sfătuim să citiți
Caracteristicile psihologice ale copiilor în adolescență
Transferarea unui copil la o altă școală - procedura și documentele necesare Dacă se transferă un copil la o altă școală
Chlamydia urogenitală - descriere, cauze, simptome (semne), diagnostic, tratament Tratamentul chlamydia urogenitală
Beneficiile și semnificația hidroaminoacidului treoninei pentru corpul uman L treonina ce
