Краткая теория. Переменный электрический ток – это ток, величина и направление которого изменяются в

Переменный электрический ток – это ток, величина и направление которого изменяются в пределах рассматриваемого интервала времени. В частном случае – это ток, величина которого изменяется по гармоническому закону .

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает резистор, который подключен к соответствующему генератору (рис. 1). Двухканальный осциллограф О позволяет увидеть как изменяются во времени электрические параметры цепи. Первый канал измерительного прибора регистрирует напряжение. Второй канал фиксирует колебания тока на сопротивлении. На экране осциллографа будут видны две кривые, показанные на рисунке

На выходе генератора напряжение меняется по закону . Такое же напряжение действует на концах резистора. Согласно закону Ома . Следовательно, ток меняется пропорционально напряжению или Это означает, что мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на резисторе совпадает по фазе с силой тока.

ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает конденсатор, который подключен к соответствующему генератору (рис.2).

Двухканальный осциллограф позволяет получать одновременно информацию о токе и напряжении. Изменяющиеся электрические параметры выводятся на экран. Они представляют собой две кривые, показанные на рисунке.

Напряжение на конденсаторе меняется по закону косинуса u (t)= -U cos t. Поскольку Q=CU, то заряд меняется также по закону косиуса q(t)= -UC cos t. Сила тока в цепи равна производной заряда по времени i (t)= (t)= UC sin t.

Получается, что амплитуды тока и напряжения связаны через параметр X_C =U/I=1/ c. Этот параметр получил название емкостное сопротивление. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на конденсаторе отстает по фазе от силы тока. Вектор повернут относительно вектора на 90 градусов. Поворот производится по направлению движения стрелки часов.

ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ оказывает катушка индуктивности, которая подключена к генератору переменного тока (рис.3). На экране двухканального осциллографа будут видны кривые тока и напряжения, показанные на рисунке.

Сила тока в катушке меняется по закону i (t)= I sin t. Поскольку Ф = LI, то магнитный поток меняется по закону ф(t)= LI sin t.. Напряжение на катушке равно производной магнитного потока по времени u(t)= (t)=I L cos t.

Получается, что амплитуды тока и напряжения связаны через параметр X_L=U/I= L. Этот параметр получил название индуктивное сопротивление. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на катушке опережает по фазе силу тока. Вектор повернут относительно вектора на 90 градусов. Поворот производится против направления движения стрелки часов.

РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывают электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, катушки индуктивности, но действуют они в противофазе. На экране двухканального осциллографа будут видны кривые напряжения на каждом элементе цепи. Они представлены на рисунке 4.

В любой момент времени напряжение на катушке индуктивности имеет знак противоположный напряжению на конденсаторе . Амплитуда результирующего напряжения равна разности двух амплитуд . Разделим это равенство на силу тока в цепи . Тогда мы получим . Реактивное сопротивление равно разности индуктивного и емкостного сопротивлений.

ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, катушки индуктивности и резистора.(рис. 5). Результирующее напряжение определяется как векторная сумма на активном и реактивном сопротивлениях . Разделим это равенство на силу тока в цепи . Тогда мы получим . Полное сопротивление цепи равно векторной сумме активного и реактивного сопротивлений. Следовательно, величину полного сопротивления можно найти по формуле .

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА И РЕЗИСТОРА. В рассматриваемой электрической цепи (рис.6) сопротивление конденсатора может превышать сопротивление катушки или . Тогда говорят об эквивалентном конденсаторе. Его сопротивление равно . Цепь представляет собой последовательно соединенные резистор и эквивалентный конденсатор. Векторная диаграмма напряжений показана на рисунке. Напряжение в цепи отстает от силы тока на угол

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШКИ И РЕЗИСТОРА. В рассматриваемой электрической цепи (рис.7) сопротивление катушки может превышать сопротивление конденсатора или . Тогда говорят об эквивалентной катушке. Ее сопротивление равно . Цепь представляет собой последовательно соединенные катушку и резистор. Векторная диаграмма напряжений показана на рисунке. Напряжение в цепи опережает силу тока на угол .

ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ позволяет выразить параметры переменного тока через параметры постоянного тока. Один и тот же резистор подключается к двум разным генераторам. Время измерения берется одинаковым и равным , где - целое число, а - период колебаний. В случае, когда амплитуда переменного тока в больше величины постоянного тока, в обеих схемах в проводнике выделяется одинаковое количество теплоты. Действующим значением переменного тока называется сила постоянного тока, при которой на резисторе за время одного периода выделяется такое же количество теплоты, что и в случае переменного тока

Лабораторная работа

Изучение цепей переменного тока. Определение индуктивности катушки и емкости конденсатора в цепях переменного тока.

Цель работы:

1.Определить емкостное сопротивление в цепи переменного тока и емкость конденсатора.

2. Определить индуктивное сопротивление в цепи переменного тока и индуктивность катушки.

3. Оценить погрешность измерений.

Приборы и оборудование:

1.Источник питания ВС-24-М.

2. Миллиамперметр.

3. Конденсатор.

4. Катушка индуктивности.

5. Соединительные провода.

6. Технический мост постоянного тока для определения активного сопротивления катушки.

Дата добавления: 2015-08-13