Айнымалы тоқ тізбегінің элементтері
Жұмыстың мақсаты: R, L, C элементтерінің физикалық процесстерінің ерекшеліктерін түсіну.
Жұмыстың мазмұны:
1. Резистор арқылы өтетін тоқты тәжиребе жүзінде анықтау. Қуатты есептеп, тоқ пен кернеудің векторлық диаграммасын құру.
2. Конденсатор арқылы өтетін тоқты тәжірибе анықтау. Қуатты есептеп, тоқ пен кернеудің векторлық диагараммасын құру.
3. Индуктивті катушка арқылы өтетін тоқты, қуатты тәжиребелік түрде есептеп, кернеу мен тоқтың векторлық диаграммасын құру.
EWB программасында жұмыстың барысы:
Тапсырма 1. Резистормен тәжірибе.
Резистордың параметрлерін анықтаудың электр схемасының
виртуалды моделі.
Резистор параметрлерін тәжірибелік анықтау
| Бекітілген | Өлшенген және есептелген | ||
| U, B | R, Oм | I, A | P, Bт |
| 649.5*10-6 | 0.38 | ||
| 866,3*10-6 | 0.69 |
Тапсырма 2. Конденсатормен тәжірибе
Конденсатордың параметрлерін анықтаудың электр схемасыныңь виртуалды моделі.
Конденсатор параметрлерін анықтау
| Бекітілген | Өлшенген және есептелген | ||
| U, B | С, Ф | I, A | P, Bт |
| 30*10-6 | 3.778*10-3 | 0.0016 | |
| 70*10-6 | 17.63*10-3 | 0.0209 |
Тапсырма 3. Индуктивтілік катушкамен тәжірибе
Индуктивтілік катушка параметрлерін анықтаудың электр схемасыныңвиртуалды моделі
Индуктивтілік катушкасының параметрлерін анықтау
| Бекітілген | Өлшенген және есептелген | ||
| U, B | L, Гн | I, A | P, Bт |
| 4*10-3 | 252.0*10-3 | 0.079 | |
| 9*10-3 | 224.1*10-3 | 0.141 |
Бақылау сұрақтары
1. Синусоидалық тоқ қандай параметрлермен сипатталады?
2. Кернеу мен тоқтың әсерлік мәніне анықтама беріңдер.
3. Айнымалы тоқтың элементтерін ата?
4. Идеалды элементтің реалды элементтен айырмашылығы?
5. Сыйымдылық және индуктивтілік кедергінің физикалық мағынасы?
6. Идеалды элементтредің активті қуаты неліктен нөлге тең?
7. Синусоидалы тоқтың электр схемаларын есептеу үшін комплекстік сандарды қандай мақсатпен және қалай қолданады?
8. Тоқтың әсерлік мәні тоқтың комплекстік әсерлік мәнінен қалай ерекшеленеді?
9. Синусоидалы тоқтың тізбегін талдаған кезде векторлық диаграмманы қандай мақсатпен және қалай қолданады?10. Тоқ пен кернеудің әсерлік және комплекстік әсерлік мәндеріне резистор (индуктивтілік, сыйымдылық) бар тізбек үшін Ом заңын жаз. Ом заңының екі түрінің арасында қандай айырмашылық бар?
Бақылау сұрақтарына жауаптар:
1. 
Синусоидалы ток деп мәні уақытқа тәуелді синусоидалық заңдылықпен өзгеретін токты айтамыз:
Синусоидалытоктымынадайпараметрлер
арқылысипаттауғаболады:
1)Амплитудалықмән(Im, Um, Em) –синусоидалықшаманыңеңүлкенмаксималмәні.
2)Периоды (Т) – толықбіртербелісжасауғакететінуақыт,[c]
3)Жиілік (f) – бірсекундтаішіндежасалатынтербеліс саны,[1/c] немесе [Гц], f=1/T; T=1/f
ТМД елдеріндежәнеЕуропаныңбіразелдеріндежиілігі 50Гц синусоидалықкернеукеңіненқолданылады
4)Бұрыштықжиілік (ω) ω =2πf= 2π/ T, [рад/с]
5)Фаза (ωt+ φ) – кезкелгенсәттегісинусоидалықшаманыңмәнінанықтауғамүмкіндікбереді.
6)Бастапқы фаза φ- синусоидалықшаманыңуақыты 0-ге теңболғанкездегімәнінанықтауғамүмкіндікбереді. Егер –дің φ таңбасыоңболса, онда синусоида ордината осінебайланыстысолғақарай φ бұрышқаығысады.
Синусоидалықшамалардыңмәндері:
а) Амплитудалықмән(Im, Um, Em);
ә) Лездікмән(i, u, e) - синусоидалықшаманыңкезкелгенсәттегімәні:
i=Imsin(ωt+φi); u=Umsin(ωt+φu); e=Emsin(ωt+φe);
б) Орташа мән (Iор, Uор, Eор) - синусоидалық шаманың жарты период ішіндегі орташа мәні:
2. Айнымалы ток күші сипаттамасының негізіне айнымалы токтың орташа жылулық әсерін, осындай ток күші бар тұрақты токтың жылулық әсерімен салыстыру алынған. Айнымалы ток күшінің осындай жолмен алынған мәні әсерлік мән (немесе эффективтік) деп аталады әрі ол период ішіндегі ток күші мәнінің математикалық орташа квадратын көрсетеді. Айнымалы токтың әсерлік кернеу (U) мәні де осы сияқты анықталады. Ток күші мен кернеудің осындай әсерлік мәндері айнымалы токтың амперметрлері жәневольтметрлері арқылы өлшенеді.
3. Электр энергиясы басқа энергия түріне ауысатын элементтер активті кедергі r немесе өткізгіштік g деп аталады. Тек қана магнитті өріспен байланысқан элементтер индуктивтілік L және өзара индуктивтілік М деп аталады. Тек қана электр өрісін сипаттайтын элементтер сыйымдылық С деп аталады. Идеалды тізбектің элементтерін қосатын сымдар не R, не L, не С ие емес деп есептеледі.
4. Реалды электр тізбегінде жоғарыда айтылған құбылыстар байланыспаған бөлікті көрсету мүмкін емес. Сондықтан, процесстерді қарастыруды жеңілдету үшін электр тізбектерін идеалды тізбекпен немесе идеалды элементтерден тұратын есептеу схемасымен алмастырады.
5. Индуктивтілік те, сыйымдылық та болмайтын тізбекте ток фаза бойынша кернеумен сәйкес келеді (3-сурет).
3-сурет.
Токтың әсерлік мәндеріне арналған Ом заңы мұндай тізбекте тұрақты ток тізбегіндегідей пішінде болады: 
, мұндағы 
— тізбектегі актив қуат (
) бойынша анықталатын тізбектің актив кедергісі 
.
Тізбекте индуктивтілік (
) болған жағдайда айнымалы ток сол тізбекте өздік индукцияның ЭҚК-н (электр қозғаушы күші) индукциялайды:
Һ 
.
4-сурет.
Өздікиндукцияның ЭҚК-і ток өзгерісінекеріәсеретеді, сондықтан тек индуктивтілік бар тізбекте ток фаза бойыншакернеуденширекпериодқа, яғни 
-геқалысқалады (4-сурет). 
-діңәсерлікмәні:
, мұндағы 
— тізбектегі индуктивтіккедергі. Мұндайтізбекте Ом заңы былайшаөрнектеледі:
.
Сыйымдылық (
) шамасы 
-гетеңкернеугеқосылғанда, оның заряды:
.
Периодтытүрдеөзгеріпотыратынкернеупериодтытүрдеөзгеретінзарядтытудырады, сөйтіпмынаформуламенанықталатынсыйымдылықтогі (
) пайдаболады:
Һ 
.
Сөйтіпсыйымдылықарқылыөтетінсинусоидалыайнымалы ток, фаза бойыншаоныңқысқыштарындағыкернеуденширекпериодқа, яғни 
озыпкетеді.
6. Қуаттың орташа мәні нөлге тең, яғни индуктивтілік қуатты тұтынбайды. Периодтың бір бөлігінде өзінің магниттік өрісінде сақтап, екінші бөлігінде сол энергия қайтады.
7. Синусоидалышамаларды комплекс сандарарқылыбейнелеу. Синусоидалышаматригонометиялық функция түріндеберілсін: i=Imsin(ωt + φ). КомплекстікжазықтықтаұзындығыамплитудағаImтең, ал нақтыосьпенқұрайтынбұрышыбастапқыфазаға φтең вектор саламыз. Бұлвектордыңұшыбелгілібір комплекс санға - синусоидалышаманыңкомплекстікамплитудасынасәйкескеледі.
8. Im = Imejφ- комплекстік амплитуда.Уақыт өткен сайын фаза өседі де, бұл вектор айналмалы векторға айналады: Imej(t+)= Imcos(t+)+ jImsin(t+). Жорамал бөлік синусоидалық шамаға тең, яғни синусоидалық шаманы комплекс санның жорамал бөлігі арқылы көрсетуге болады.Синусоидалы шамаларды комплекстік жазықтықта векторлар арқылы көрсету,оларды қосып, алуға (геометриялық жолмен) мүмкіндік береді.
9. Векторлық диаграммадеп жиіліктері бірдей синусоидалық шамаларды комплекстік жазықтықта олардың бастапқы фазаларына сәйкес өзара орналасқан векторларының жиынтығын айтады.
Векторлық диаграммаларды үш жағдайға көрсетеміз.
1. ток кернеуден фаза бойыншаарттақалады 
2. ток кернеуден фаза бойыншаозады. 
3.ток кернеумен фаза бойынша бір-біріне үйлесіп келеді, тізбекте резонанс режімі болғандығын көреміз. 
Жоғарыда айтқандай векторлық диаграммаларды үш жағдайға көрсетеміз.
10. 
Резистордағысинусоидалық ток. Активтіқуат. Кедергініңқысқыштарыарасындасинусоидалыкернеуәсерететінболса,онда ток Ом заңыбойыншаанықталады:
мұндағы - токтың амплитудасы, - токтың бастапқы фазасы. Кедергінің қысқыштарындағы кернеудің және токтың бастапқы фазалары бірдей болады. Фазалықығысунөльгетең:.Токтыңәрекеттікмәні.
