Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ѕроводники. 7 страница




 

(15.5)

 

¬ рамке действует переменна€ Ёƒ— и течет переменный ток с циклической частотой . ѕо закону ќма амплитуда силы переменного тока равна отношению Ёƒ— к полному сопротивлению рамки: , где R ЦЦ активное сопротивление, ЦЦ индуктивное сопротивление воображаемой рамки.

—огласно закону јмпера сила т€ги одной рамки равна , где b Ц длина активного участка рамки, равна€ ширине шины. ѕодставив амплитудное значение силы тока и Ёƒ— из (15.5), получим дл€ силы т€ги формулу

 

. (15.6)

«десь N ЦЦ число воображаемых рамок на шине или число троек т€говых электромагнитов экипажа. φ Ц сдвиг фаз между силой тока и Ёƒ—, , обусловлен индуктивностью рамки.

 

 онтрольные вопросы

 

1. ќбъ€сните причину аэродинамического сопротивлени€ движению тела в воздухе. «апишите формулу дл€ силы сопротивлени€.

2. ќбъ€сните физический принцип электродинамического способа левитации экипажа ¬—Ќ“, как обусловленный силами взаимодействи€ рамки с переменным током на экипаже и токопровод€щей путевой шиной.

3. ќцените добавочное давление воздуха под днищем экипажа массой 10 тонн при площади 25 м2, чтобы экипаж висел над дорожным полотном. Ѕудет ли устойчивым такой подвес?

4. ќцените площадь крыльев экипажа ¬—Ќ“ массой 10 тонн, если коэффициент подъемной силы 0,3 скорость100 м/с. ≈сли использовать эффект экранировани€, то коэффициент возрастает в три раза. ћожет достаточно площади днища дл€ полета?

5. явл€етс€ ли устойчивым движение при электромагнитном подвесе экипажа ¬—Ќ“?

6. ќцените выгоды высокоскоростного транспорта, если между городами рассто€ние 100 км скорость экипажа 400 км/час, врем€ в городском транспорте 1 час.

7. ѕочему дл€ получени€ сильных магнитных полей необходимо охлаждение обмоток электромагнитов до сверхпровод€щего состо€ни€? —уществует ли ограничение на силу тока в сверхпроводниках и на индукцию магнитного пол€?


16. ѕ≈–≈ћ≈ЌЌџ… ЁЋ≈ “–»„≈— »… “ќ 

 

1. Ћюба€ электрическа€ цепь обладает индуктивностью, электрической емкостью и активным сопротивлением. ¬ такой цепи возможны собственные электрические колебани€. ≈сли пренебречь затуханием, то период колебаний определ€етс€ формулой “омсона .

ѕодключение электрической цепи к генератору переменного напр€жени€ приводит к возникновению в цепи переменного электрического тока. Ёто ток, который измен€етс€ по величине и по направлению. ѕеременный ток может рассматриватьс€ как вынужденные колебани€ силы тока, зар€да, напр€жени€ в цепи под действием генератора.

ѕусть электрическа€ цепь состоит из соединенных последовательно катушки индуктивностью L, резистора с сопротивлением R и конденсатора емкостью C, котора€ подключена к генератору переменного тока (рис. 16.1). ѕусть Ёƒ— генератора измен€етс€ по гармоническому закону: , где ω Ц циклическа€ частота генератора. „тобы определить силу тока в цепи, применим второе правило  ирхгофа к контуру: сумма падений напр€жени€ на конденсаторе и резисторе JR равна алгебраической сумме Ёƒ— генератора ε и Ёƒ— самоиндукции катушки :

. 16.1

«десь q и J Ц мгновенные значени€ зар€да конденсатора и силы тока в цепи. »з опыта известно, что при действии внешней переменной силы колебательна€ система совершает вынужденные колебани€ с частотой вынуждающей силы. —обственные колебани€ рано или поздно затухают. „астное решение уравнени€ (16.1) будем искать в виде гармонической функции силы тока с частотой переменной Ёƒ—:

J =J 0cos w t. 16.2

 

ѕодставив функции дл€ зар€да и производной по току в уравнение (16.1) по соотношени€м: ; , получим

 

. 16.3

2. ¬ уравнении (16.3) два неизвестных: амплитуда силы тока J 0и сдвиг фаз между током и напр€жением j. ƒл€ их определени€ воспользуемс€ геометрическим методом векторных диаграмм, как это делаетс€ при сложении колебаний одинаковой частоты. ѕроведем из полюса векторы, длины которых равны амплитудам уравнени€ (16.3), под углом к оси напр€жений, равным начальным фазам (рис. 16.2). ≈сли эти векторы поворачивать против часовой стрелки с угловой скоростью, равной циклической частоте колебаний, то проекции векторов на ось напр€жений будут совпадать с членами уравнени€ (16.3).

 
«апишем теорему ѕифагора дл€ заштрихованного треугольника . ќткуда амплитуда тока равна

. 16.4

 

3. Ёто закон ќма дл€ амплитуды силы тока в цепи переменного тока. «наменатель следует трактовать как полное электрическое сопротивление цепи Z

. 16.5

 

ѕолное сопротивление имеет три составл€ющих. јктивное сопротивление R обусловлено сопротивлением движению электронов в проводнике. ќграничение силы тока противодействием Ёƒ— самоиндукции эквивалентно действию некоторого индуктивного сопротивлени€ ωL. „ем больше частота, тем больше противодействие току. ќграничение тока процессами перезар€дки конденсатора эквивалентно действию емкостного сопротивлени€ 1/(ω—). ¬еличина сопротивлений характеризует способность превращать работу источника тока в другие виды энергии: в теплоту на резисторе, в энергию магнитного пол€ катушки, в энергию электрического пол€ конденсатора. ѕри протекании переменного тока конденсатор и катушка индуктивности четверть периода запасают энергию, а в следующую четверть периода отдают еЄ обратно источнику и в среднем энергии не потребл€ют. ј резистор потребл€ет безвозвратно.

 

4. —двиг фаз между током и Ёƒ— генератора можно определить из треугольника на векторной диаграмме

. 16.6

 

5. јмплитуда силы тока зависит не только от Ёƒ—, но и от частоты. ѕри частоте ω = 0 (посто€нное напр€жение) тока в цепи нет, этому преп€тствует конденсатор (рис. 16.3). — увеличением частоты ток возрастает, так как начинаетс€ процесс перезар€дки конденсатора. Ќо растет индуктивное сопротивление. ѕоэтому сила тока, достигнув максимума в момент равенства индуктивного и емкостного сопротивлений , спадает при высоких частотах

явление сильного возрастани€ амплитуды вынужденных колебаний в зависимости от частоты генератора называетс€ резонансом. „астота резонанса равна частоте собственных колебаний цепи, . ѕри резонансе напр€жений падени€ напр€жени€ на катушке индуктивности и на конденсаторе равны, а так как наход€тс€ в противофазе, то полностью компенсируютс€. ѕри резонансе полное сопротивление цепи становитс€ минимальным и равно только активному сопротивлению R. ѕоэтому сила тока при резонансе может достигать огромных значений J max = E 0 /R. —оответственно напр€жени€ на конденсаторе и катушке будут велики и могут во много раз превышать Ёƒ— генератора.

„ем меньше активное сопротивление, тем острее и выше резонансный пик. ≈сли по уравнению (16.5) определить два значени€ частот, при которых сила тока меньше максимального значени€ в раз, то разность частот равна удвоенному значению коэффициента затухани€: .

6. Ќа резисторе при протекании переменного тока выдел€етс€ теплота, потребл€ема€ от источника тока. —огласно закону ƒжоул€ЦЋенца мгновенна€ теплова€ мощность равна . —реднее значение квадрата косинуса за врем€ много больше одного периода колебаний равно 1/2. “огда . «аменив амплитуду силы тока по закону ќма и введ€ косинус сдвига фаз , как видно из рис. 16.2, получим дл€ средней мощности формулу . ƒл€ удобства ввод€т эффективные силу тока и напр€жение, которые меньше амплитудных значений в раз: и . ќкончательно формула средней мощности принимает вид

. 16.8

 

7. ƒл€ преобразовани€ переменного тока в посто€нный ток на т€говых подстанци€х примен€ютс€ выпр€мители из полупроводниковых диодов. ƒиод обладает свойством односторонней проводимости.ƒл€ выпр€млени€ переменного тока примен€ют мостовые схемы из четырех диодов (рис. 16.4). ¬ первую половину периода, когда на точке ј моста положительный потенциал, ток течет от точки ј через диод 1 на нагрузку и возвращаетс€ на трансформатор через диод 4. „ерез полпериода ток течет от точки ¬ через диод 2 на нагрузку и через диод 3 на трансформатор.. ¬ обоих случа€х ток через нагрузку течет в одном направлении.

 

 онтрольные вопросы

 

1. –езонанс опасен? ѕриведите примеры полезного применени€ резонанса.

2. ѕочему при решении уравнени€ (16.1)опускают общее решение дл€ затухающих колебаний?

3.  ака€ электрическа€ цепь называетс€ колебательным контуром, чему равен период колебаний в колебательном контуре? ѕочему в нем происход€т колебани€ зар€да?

4. ѕочему ток генераторов электростанций переменный? ѕочему в промышленности и в быту используетс€ в основном переменный ток? ѕочему частота переменного тока сравнительно невелика, 50 √ц?

5. Ћампочку на 127 ¬ надо включить в сеть 220 ¬.  ак это можно сделать с помощью конденсатора? ѕусть сопротивление лампочки 100 ќм. ќпределите необходимую емкость.

6. –еостат и конденсатор соединены последовательно. »зобразите векторную диаграмму сложени€ напр€жений. ¬ыведите формулу полного сопротивлени€ цепи.

7.  атушка включена в сеть переменного тока. —двиг фаз между током и напр€жением π/4. јктивное сопротивление катушки 100 ќм. ќпределите с помощью векторной диаграммы сложени€ напр€жений полное сопротивление катушки.

8. ѕочему течет переменный ток в цепи с конденсатором, ведь обкладки конденсатора изолированы друг от друга диэлектриком?  онденсатор включили в сеть переменного тока.  ак определить силу тока в цепи?

9. ¬ лабораторной работе (27) катушка имеет активное сопротивление 500 ќм. „ерез катушку течет переменный ток силой 0,1 ј при напр€жении 100 ¬. ќпределите индуктивность катушки.

10. ¬ лабораторной работе (24) индуктивность катушки колебательного контура 0,1 м√н, емкость конденсатора 5 н‘. ќпределите частоту резонанса.

11. »зобразите векторную диаграмму сложени€ напр€жений колебательного контура в момент резонанса напр€жений.

12.  аким образом повышают коэффициент мощности в при индуктивной нагрузке?

13. — какой целью дл€ сетей переменного тока ввод€т пон€тие эффективной силы тока и эффективного напр€жени€? ¬о сколько раз они отличаютс€ от амплитудных значений?

14. «ависит ли средн€€ мощность, потребл€ема€ от генератора электрической цепью, и выдел€ема€ на резисторе , от емкости и индуктивности цепи?


 

17. ”–ј¬Ќ≈Ќ»я ћј —¬≈ЋЋј

 

 

ћаксвелл теоретически установил св€зь между электрическими и магнитными пол€ми, котора€ про€вл€етс€ в том, что эти пол€ могут взаимно превращатьс€ друг в друга. ¬ истории науки впервые теоретические выводы были сделаны на Ђкончике пераї, до эксперимента.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-09-20; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 522 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќасто€ща€ ответственность бывает только личной. © ‘азиль »скандер
==> читать все изречени€...

1295 - | 1109 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.021 с.