Резистивный элемент, индуктивность, емкость. Определение и обозначение на электрических схемах. Какая энергия образуется и как она находится.

Резистивным называют идеализированный двухполюсный элемент, для которого связь между напряжением и током можно представить в виде графика, называемого вольт-амперной характеристикой (ВАХ)- Математическая модель резистивного элемента R определяется законом Ома, который устанавливает зависимость напряжения u от тока i, протекающего через сопротивление R. , или .

Резистивный элемент моделирует процесс необратимого преобразования электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии, при этом запасание энергии в электромагнитном поле отсутствует.

Мощность, поглощаемая резистором

Условные обозначения резистивного (а), емкостного (б) и индуктивного (в) элементов.

Индуктивным элементом называется такой элемент электрической цепи, который обладает только свойством накопления энергии магнитного поля. Математической моделью индуктивного элемента L является вебер-амперная характеристика, которая устанавливает зависимость суммарного магнитного потока, образованного в витках катушки, (потокосцепления ψ) от величины протекающего через катушку тока i. Уравнение, описывающее свойства индуктивного элемента имеет вид:

, , где w – число витков катушки; n – номер витка, с которым сцеплен поток Фn, L – индуктивность катушки. Мощность электрических колебаний в индуктивном элементе под действием запасенной энергии согласно равна: , откуда .

Емкостным элементом называют элемент электрической цепи, обладающий только свойством накапливать энергию электрического поля. Математической моделью емкостного элемента С является вольт-кулоновая характеристика, которая устанавливает зависимость напряжения u от сообщенного емкости C электрического заряда q и определяется выражением: , или .

Мощность электрических колебаний в емкостном элементе под действием запасенной в ней энергии к любому моменту времени t определяется выражением:

, откуда .

6.Работа резистивного элемента в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

7.Работа емкости в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

Конденсатор в цепи постоянного тока ведет себя наоборот по сравнению с индуктивностью. Его сопротивление в момент подачи напряжения равно почти нулю и ток в цепи ограничен только токоограничительным резистором R. Соответственно, напряжение в первый момент на емкости нулевое. Постепенно сопротивление конденсатора постоянному току возрастает, ток в цепи падает, а конденсатор постепенно "берет на себя" все напряжение источника. После зарядки напряжение конденсатора равно напряжению источника, только в обратной полярности. Такие схемы получили название схем замещения. Из нее видно, что источник напряжения и конденсатор представляют из себя как бы две батарейки, включенные не последовательно(иначе напряжения сложились бы, что противоречило бы имеющемуся нулевому току), а навстречу друг другу. В электрической цепи, содержащей емкостной элемент, электрические заряды могут не только перемещаться по ее элементам, но также накапливаться в них, создавая запас энергии W = CU²/2.

8.Работа индуктивности в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.

Если в электрическую цепь включить индуктивность, то она будет препятствовать мгновенному появлению полного тока в отличие от резистора. Здесь для примера R = 3Ома, L = 0,1Гн. В момент включения сопротивление катушки будет велико и она возьмет на себя все напряжение источника, а ток будет нулевым. Постепенно сопротивление катушки будет уменьшаться, напряжение на ней будет также уменьшаться, а ток через нее возрастать. В конце концов сопротивление катушки станет почти нулевым, а ток максимамальным и его величина будет ограничена лишь резистором R, выполняющим в данном случае роль ограничительно сопротивления в тот момент, когда сопротивление катушки станет нулевым, чтобы не возникло короткого замыкания. Это явление получило название самоиндукции. Она препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении. Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав цепь из катушки, резистора и двух ламп(рис.2а). Резистор должен иметь такое же сопротивление, как и провод катушки. Опыт покажет, что при замыкании цепи лампа, включенная последовательно с катушкой, загорить позже, чем включенная с резистором. Нарастанию тока будет препятствовать явление самоиндукции, рассмотренная на рис.2. При отключении вспыхнут обе лампы. Резкому убыванию тока будет препятствовать все та же самоиндукция. Протекание тока в электрической цепи, содержащей индуктивность, сопровождается возникновением магнитного поля в окружающей среде. Магнитному полю присуща энергия, равная работе, совершаемой электрическим током I в процессе создания поля и численно равная W = LI²/2.

Дата добавления: 2015-08-21