Материал: kompendium_po_fizike

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

126

U

m

 sin

катушку

с

индуктивностью

  "

L

", 

активным

сопротивлением

которой

за

малостью

можно

пренебречь

В

цепи

образуется

переменный

ток

и

в

катушке

возникает

э

.

д

.

с

самоиндукции

равная

dt

dI

L

L

Сила

тока

  "

I

в

цепи

определяется

из

условия

0

dt

dI

L

U

, (

так

как

сопротивлением

"

R

пренебрегаем

или

0

sin

dt

dI

m

L

t

U

Преобразуем

t

L

U

dt

dI

m

sin

или

dt

t

L

U

dI

m

sin

Интегрируем

это

уравнение

  

)

2

sin(

cos

cos

sin

t

I

t

I

t

L

U

I

dt

t

L

U

dI

m

m

m

m

 , 

где

L

U

I

m

m

Постоянная

интегрирования

принимается

С

=0

так

как

не

имеет

постоянной

составляющей

Уравнение

показывает

что

ток

в

цепи

подобно

напряжению

имеет

синусоидальный

характер

но

по

фазе

запаздывает

на

угол

2

L

U

I

L

U

I

I

U

background image

127

Сопоставляя

максимальное

значение

тока

L

U

I

m

m

с

формулой

закона

Ома

видим

что

в

цепи

с

индуктивностью

значение

сопротивления

имеет

величина

  "

L

", 

которая

обозначается

X

L

.. 

Величина

X

L

 = 

L = 2



L

называется

индуктивным

сопротивлением

цепи

и

измеряется

в

Омах

при

подстановке

L

в

Генри

и

в

Герцах

Физический

смысл

индуктивного

сопротивления

состоит

в

том

что

оно

учитывает

влияние

на

силу

тока

в

цепи

э

.

д

.

с

самоиндукции

противодействующей

приложенному

напряжению

и

поэтому

зависит

от

тех

же

величин

что

и

э

.

д

.

с

самоиндукции

индуктивности

"

L

и

частоты

=2



,

обусловливающей

скорость

изменения

мгновенных

значений

тока

Э

.

д

.

с

самоиндукции

противодействующая

изменению

тока

в

цепи

вызывает

запаздывание

колебаний

тока

по

отношению

к

колебаниям

напряжения

При

чисто

индуктивной

цепи

запаздывание

происходит

на

угол

равный

2

Графики

напряжения

и

тока

в

цепи

с

индуктивностью

показаны

на

рисунке

На

векторной

диаграмме

показано

фазовое

соотношение

векторов

амплитуд

тока

I

L

и

напряжения

U

L

ток

отстает

на

угол

2

 (

углы

отсчитываются

по

направлению

против

часовой

стрелки

). 

В

цепи

содержащей

индуктивное

и

активное

сопротивление

угол

запаздывания

тока

по

фазе

будет

меньше

и

в

зависимости

от

соотношения

между

ними

может

иметь

значения

в

пределах

от

 0 

до

2

В

чисто

индуктивном

сопротивлении

потерь

энергии

не

происходит

в

связи

с

чем

оно

называется

реактивным

background image

128

4. 

Цепь

переменного

электрического

тока

с

емкостным

сопротивлением

Определим

характер

переменного

тока

  "

I

в

цепи

с

конденсатором

к

которой

приложено

переменное

напряжение

 U 

= U

m

 sin

t

  

Мгновенные

значения

заряда

 "

q"

на

пластинах

конденсатора

q = cU = cU

m

 sin 

t. 

Дифференцируем

),

2

sin(

cos

cos

t

I

t

I

t

cU

dt

dq

I

m

m

m

где

I

m

 = 

cU

m

Это

уравнение

показывает

что

ток

в

цепи

подобно

напряжению

имеет

синусоидальный

характер

причем

упреждает

напряжение

по

фазе

на

угол

  2

Сопоставляя

максимальное

значение

тока

I

m

 = 

cU

m

с

формулой

закона

Ома

видим

что

в

цепи

с

емкостью

значение

сопротивления

имеет

величина

c

1

которая

обозначается

X

c

.

Величина

c

c

X

c



2

1

1

называется

емкостным

сопротивлением

цепи

и

измеряется

в

Омах

если

с

в

Фарадах

и

в

Герцах

t

U

I

I

U

C

background image

129

Физический

смысл

емкостного

сопротивления

можно

объяснить

так

ток

  "

I

в

цепи

конденсатора

пропорционален

заряду

  "

q

и

частоте

  "

смены

процессов

заряда

и

разряда

конденсатора

Заряд

  "

q

при

данном

приложенном

напряжении

"

U

пропорционален

емкости

  "

с

конденсатора

а

= 2



Поэтому

ток

  "

I

в

цепи

пропорционален

произведению

  "

c

", 

которое

следовательно

имеет

значение

проводимости

цепи

Величина

ей

обратная

то

есть

c

1

имеет

значение

сопротивления

цепи

В

цепи

содержащей

емкость

и

активное

сопротивление

угол

сдвига

фазы

тока

будет

меньше

и

в

зависимости

от

соотношения

между

ними

может

иметь

значения

от

 0 

до

 90

0

В

чисто

емкостном

сопротивлении

потерь

энергии

не

происходит

в

связи

с

чем

оно

называется

реактивным

5. 

Полное

сопротивление

цепи

переменного

электрического

тока

Импеданс

Имеется

цепь

из

включенных

последовательно

сопротивлений

активного

  "

R",

индуктивного

  "

X

L

и

емкостного

"

X

c

", 

к

которой

приложено

переменное

напряжение

  "

U

". 

В

цепи

образуется

общий

ток

  "

I

", 

а

приложенное

напряжение

  "

U

распределяется

между

участками

цепи

:  

U

R

 = IR; U

L

 = IX

и

 U

= Ix

c

 . 

U

C

U

L

U

R

R

U

X

X

L

background image

130

Вследствие

наличия

разности

фаз

между

напряжениями

 U

L

и

U

c

и

током

I

  (

U

R

находится

в

фазе

с

током

эти

напряжения

должны

складываться

между

собой

векторно

  (

геометрически

), 

образуя

в

сумме

приложенное

напряжение

 "

U

". 

Напряжения

U

L

и

U

c

имеют

разность

фаз

с

током

I

равную

2

но

противоположную

по

знаку

то

есть

они

находятся

между

собой

в

противофазе

и

следовательно

могут

складываться

алгебраически

U

x

 = U

L

 – U

c

 (

обычно

U

L

 > U

c

). 

Напряжение

U

R

находится

в

фазе

с

током

 I

и

следовательно

имеет

разность

фаз

2

с

напряжением

U

x

 = U

L

 – U

c

Тогда

напряжение

U

как

гипотеза

прямоугольного

треугольника

катетами

которого

являются

U

R

и

U

x

и

вычисляется

по

формуле

Z

I

c

L

R

I

c

I

L

I

IR

U

U

U

U

U

U

c

L

R

x

R





2

2

2

2

2

2

2

2

1

)

(

)

(

где

2

2

1

c

L

R

Z

называется

полным

сопротивлением

 (

или

импедансом

)

цепи

Соотношение

Z

U

I

называется

обобщенным

законом

Ома

U

= U

L

 - 

U

U

U

X = X

L

 - X

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/6211