Переменный электрический ток- электрический ток, который через равные промежутки времени изменяется по величине и направлению. Почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде переменного электрического тока. Именно поэтому его значение велико и область его применения широка.
Генератор переменного тока. В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.
Существуют промышленные и бытовые генераторы: Промышленные генераторы- наилучший вариант для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.
Применение в сельском хозяйстве. В с/х используются дизельные генераторы, которые обеспечивают сельскохозяйственную технику (насосы, оборудования, освещение), продление светового дня (для теплиц и птичников), отопление, доильные аппараты и т.д. Также в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур используется низкочастотное излучение квантового генератора в который записана информация снятая с оригиналов применяемых для локализации различных болезней и удаления насекомых.
Cлайд 1
Переменный электрический ток Автор презентации: преподаватель физики Рязина Светлана Егоровна ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»Cлайд 2
Сегодня на уроке: Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения напряжения и силы тока. Мощность в цепи переменного тока.
Cлайд 3
Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Адам Мицкевич
Cлайд 4
Картофелечистка Протирочная машина Электромясорубка Тестомесильная машина Хлеборезка
Cлайд 5
Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным. Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.
Cлайд 6
Cлайд 7
Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением: Получение переменной эдс Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:
Cлайд 8
Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса). максимальное значение или амплитуда ЭДС. Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в N раз. Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:
Cлайд 9
Общие соотношения между напряжением и силой тока Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения. В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить: или φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения Im – амплитуда тока, А.
Cлайд 10
Резистор в цепи переменного тока Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи: Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями
Cлайд 11
Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи: В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.
Cлайд 12
Действующие значения напряжения и силы тока Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении. Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время. Действующее значение напряжения:
Cлайд 13
Мощность в цепи переменного тока Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения: Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:
Cлайд 14
ВЫВОДЫ На этом уроке вы узнали, что: переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону; получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции; на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю; действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия; мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения.
1 из 10
Презентация на тему: Переменный электрический ток
№ слайда 1
Описание слайда:
№ слайда 2
Описание слайда:
Свободные электромагнитные колебания в контуре быстро затухают и поэтому практически не используются. И наоборот, незатухающие вынужденные колебания имеют большое практическое значение. Вынужденные электрические колебания появляются при наличии в цепи периодической электродвижущей силы. Электрические лампы в наших квартирах и на улице, холодильник и пылесос, телевизор и магнитофон - все они работают, используя энергию электромагнитных колебаний. На применении электромагнитных колебаний ос нована работа электромоторов, приводящих в действие станки на заводах и фабриках, движущих электровозы и т.п. Во всех этих примерах речь идет об использовании одного из видов электромагнитных колебаний - переменного электрического тока. Переменным называют ток, периодически изменяющийся по модулю и направлению. Переменный электрический ток в энергетических электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний, которые создаются генератором переменного тока.
№ слайда 3
Описание слайда:
Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике, включенном в цепь переменного тока. Если индуктивность проводника настолько мала, что при включении его в цепь переменного тока индукционными полями можно пренебречь по сравнению с внешним электрическим полем, то движение электрических зарядов в проводнике определяется действием только внешнего электрического поля, напряженность которого пропорциональна напряжению на концах проводника. При изменении напряжения по гармоническому закону напряженность электрического поля в проводнике изменяется по такому же закону. Под действием переменного электрического поля в проводнике возникает переменный электрический ток, частота и фаза колебаний которого совпадает с частотой и фазой колебаний напряжения: U=Um cos ωt i=Im cos ωt
№ слайда 4
Описание слайда:
Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции Ф=B*S*cos α При равномерном вращении рамки угол α увеличивается прямо пропорционально времени α= ωt Где ω- угловая скорость вращения рамки
№ слайда 5
Описание слайда:
Колебания силы тока в цепи являются вынужденными электрическими колебаниями, возникающими под действием приложенного переменного напряжения. Амплитуда силы тока равна: Im= Um / R При совпадении фаз колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность переменного тока равна: P = i*U = ImUm cos2 ωt Среднее значение квадрата косинуса за 1 период равно 0,5. В результате средняя мощность за период P = Im Um / 2 = Im2R / 2
№ слайда 6
Описание слайда:
Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную работу или в тепловую энергию, называется активным сопротивлением. Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома i=u/R=Um cos ωt/R = Im cos ωt В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством Im= Um / R
№ слайда 9
Описание слайда:
№ слайда 10
Описание слайда:
Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока. Действующее значение силы переменного тока обозначается через I: Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.
Электрический ток. Данная презентация раскрывает тему «постоянный и переменный электрический ток». Презентация предназначена для учащихся средних общеобразовательных школ. Презентация предназначена для учащихся средних общеобразовательных школ. 1 Основные законы электричества.
9 Если сила тока в цепи с течением времени меняется по величине и по направлению (меняется скорость и направление движения свободных зарядов), то такой электрический ток называют переменным. Переменный электрический ток В России промышленная частота переменного тока 50 Герц (США – 60 Гц) – это значит за одну секунду происходит 50 (60) полных колебаний тока, поэтому мы не замечаем мигания электрических лампочек
По способности проводить электрический ток, вещества делятся на 1. Проводники, в которых имеются свободные заряженные частицы; 2. Непроводники, в которых все заряженные частицы связаны; 3. Полупроводники – вещества, при нагревании или при освещении которых, появляются свободные заряженные частицы. 11
Чтобы возник электрический ток необходимо: 1. Наличие проводника, то есть свободных заряженных частиц (электронов, ионов); 2. Наличие источника тока, внутри которого происходит разделение зарядов и накапливание их на полюсах источника тока; 3. Электрическая цепь должна быть замкнута. 12
Источники тока бывают различные, но во всяком из них происходит разделение положительно заряженных и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах. 13 Аккумуляторы и гальванические элементы. Разделение зарядов происходит за счет химических реакций Термопара – если нагревать место спайки двух различных металлов, то создается электрический ток. Применение в датчиках. Фотоэлементы и солнечные батареи. Разделение зарядов происходит под действием света. Основной элемент полупроводники. Применение в калькуляторах и бытовых приборах, в космических аппаратах.
Источники тока бывают различные, но во всяком из них происходит разделение положительно заряженных и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах. 14 Генераторы переменного тока, основная часть электростанций. В проволочной обмотке, намотанной на барабан (якорь), вращающемся в магнитном поле создается переменный электрический ток, который снимают через контактные кольца. Для создания магнитного поля обычно используют электромагнит. В мощных генераторах вращается электромагнит внутри неподвижной катушки. Вращающаяся часть называется ротор, неподвижная – статор. Генераторы постоянного тока. В проволочной обмотке, намотанной на барабан (якорь), вращающемся в магнитном поле создается переменный электрический ток, который снимают через коллекторные щетки. Коллектор представляет собой разрезанное на половинки кольцо. Каждая из половинок кольца присоединена к различным концам витка якоря. При правильной установке щеток, будут снимать ток всегда только одного направления. Генераторы постоянного тока нужны, например, для зарядки аккумулятора.
Электростанции (индукционные) Ветряные электростанции Основной элемент – индукционный генератор переменного тока. Двигатель – ветряная турбина. Катушка соединена с турбиной (колесо с крыльчатками), вращается внутри магнита. Катушка и магниты простираются за плоскость слайда Магнит N турбина S Магнит Ветер Ветер Ветер Примечание: в мощных генераторах вращается электромагнит внутри неподвижной катушки.
Электростанции (индукционные) Гидроэлектростанции Основной элемент – индукционный генератор переменного тока. Двигатель – гидротурбина. Катушка соединена с турбиной (колесо с крыльчатками), вращается внутри магнита. Катушка и магниты простираются за плоскость слайда Магнит N турбина S Магнит Вода Вода Примечание: в мощных генераторах вращается электромагнит внутри неподвижной катушки.
Электростанции (индукционные) Тепловые и атомные электростанции, теплоэлектроцентрали Основной элемент – индукционный генератор переменного тока. Двигатель – паровая турбина. Катушка соединена с турбиной (колесо с крыльчатками), вращается внутри магнита. Катушка и магниты простираются за плоскость слайда Магнит N турбина S Магнит Горячий пар Примечание: в мощных генераторах вращается электромагнит внутри неподвижной катушки.
19 Обозначение - U Обозначение - U Прибор – вольтметр Единица измерения - 1 вольт (V) 1кВ=1000В=10 3 В; 1Мв= В=10 6 В Электрическое напряжение – это отношение работы поля при перемещении заряда к величине переносимого заряда
20 Обозначение - R Прибор – омметр Единица измерения - 1 Ом (Ω) 1кОм=1000 Ом=10 3 Ом; 1МОм= Ом=10 6 Ом Электрическое сопротивление проводника характеризует способность проводника проводить электрический ток. Если сопротивление проводника больше, то проводник хуже проводит ток
21 Удельное сопротивление проводника – сопротивление проводника длиной 1 метр и площадью поперечного сечения 1 мм 2 Единица измерения (Ом*мм 2)/м –это табличное значение. Формула ρ = (R*S)/l Длина проводника в метрах Площадь поперечного сечения проводника в мм 2 Если сечение круг, то S=π*r 2 Формула расчета сопротивления проводника (Ом) Перевод площади см 2 в мм 2 1см=10мм; 1см 2 =(10мм) 2 =100мм 2
Закон Ома для полной цепи Сила тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи Сила тока (А) ЭДС-электродвижущая сила источника тока (В) Сопротивление нагрузки (Ом) Внутреннее сопротивление источника тока (Ом)
24 Последовательное соединение проводников При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же I = I 1 = I 2 Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников R = R 1 + R 2 Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи: U = U 1 + U 2 R1R1 R2R2
25 Параллельное соединение проводников Напряжение на участке цепи и на концах всех параллельно соединенных проводников одно и то же U = U 1 = U 2 Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках I = I 1 + I 2 R1R1 R2R2
Переменный ток – это вынужденные электрические колебания Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени. Пусть в цепи имеется источник тока, ЭДС которого изменяется периодически. — это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника Переменные токи далее считаются квазистационарными, т. е. к мгновенным значениям всех электрических величин применимы законы постоянного тока.
Может ли ток меняться со временем так, чтобы в каждый момент времени он был одинаков в каждой точке цепи? Ток, то есть направленное движение зарядов, вызывается электрическим полем. Поэтому время установления тока в цепи t определяется только скоростью распространения электрического поля, то есть скоростью света с (L — длина цепи): t = L/c Это время нужно сравнивать с характерным временем изменения электрического поля (напряжения источника тока). В случае периодической э. д. с. это время — просто период колебаний напряжения на э. д. с. Т. Например, в наших электрических сетях напряжение (и ток) колеблется с частотой 50 Гц, то есть 50 раз в секунду. Период колебаний составляет T = 0, 02 с. Пусть длина нашей цепи L = 100 м. Тогда отношение t /T составит примерно 10 -5 — именно такую очень небольшую относительную ошибку мы сделаем, если будем для нашей цепи с переменным током пользоваться законами постоянного тока. Переменный ток в цепи, для которой выполняется соотношение t<
Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому (синусоидальному) закону. I = I 0 ·sin(ω t+ φ), амплитуда колебаний частота колебаний фаза колебаний По теореме Фурье любое колебание можно представить как сумму гармонических колебаний. Таким образом, синусоидальные или гармонические колебания являются одновременно и самым важным, и самым простым типом колебаний.
Сопротивление в цепи переменного тока Пусть внешняя цепь имеет настолько малые индуктивность и емкость, что ими можно пренебречь. Пусть начальная фаза φ = 0. Ток через сопротивление изменяется по закону: I = I 0 · sin (ω t + φ) По закону Ома для цепи а Rδ: U = I·R = I 0 ·R·sin ω t. Таким образом, напряжение на концах участка цепи изменяется также по синусоидальному закону, причем разность фаз между колебаниями силы тока I и напряжения U равна нулю. Максимальное значение U равно: UU 00 R R = I= I 00 ·R·R При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного тока.
Следовательно, в проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока равна амплитуде напряжения, деленной на сопротивление:
Амплитуду колебаний напряжения в цепи переменного тока можно выразить через амплитудные значения напряжения на отдельных ее элементах, воспользовавшись методом векторных диаграмм. Выберем ось х диаграммы таким образом, чтобы вектор, изображающий колебания тока, был направлен вдоль этой оси. В дальнейшем мы будем называть ее осью токов. Метод векторных диаграмм I 0 Так как угол φ между колебаниями напряжения и тока на резисторе равен нулю, то вектор, изображающий колебания напряжения на сопротивлении R , будет направлен вдоль оси токов. Длина его равна I 0 · R.
Конденсатор в цепи переменного тока Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Пусть напряжение подано на емкость. Индуктивностью цепи и сопротивлением проводов пренебрегаем, поэтому напряжение на конденсаторе можно считать равным внешнему напряжению. φ А — φ В = U = q/C, но I = dq/dt, следовательно, dt. Iq I = I 0 · sin ω t ток меняется по закону, откуда 00 0 cossin qt. I dtt. Iq Постоянная интегрирования q 0 обозначает произвольный заряд, не связанный с колебаниями тока, поэтому можно считать q 0 =
) 2 sin(cos 000 t C I UТогда Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π/2 (или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на π/2). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т. д. Физический смысл этого заключается в следующем: чтобы возникло напряжение на конденсаторе, должен натечь заряд за счет протекания тока в цепи. Отсюда происходит отставание напряжения от силы тока.
Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается X C): Величина. C IU 1 00 а по закону Ома U = I · R C XC 1 играет роль сопротивления участка цепи Она называется кажущимся сопротивлением емкости (емкостное сопротивление). векторная диаграмма
Индуктивность в цепи переменного тока Пусть напряжение подается на концы катушки с индуктивностью L с пренебрежимо малым сопротивлением и емкостью. Индуктивность контура с током – это коэффициент пропорциональности между протекающим по контуру током и возникающем при этом магнитным потоком. Индуктивность L зависит от формы и размеров контура, а также свойств среды Ф = L · I. При наличии переменного тока в катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции Уравнение закона Ома запишется следующим образом: U = I · R – =0 ILФ
) 2 sin(cos]sin= π их сумма равна нулю, и остается только колебание напряжения на активном сопротивлении. Так как добротность обычных колебательных контуров больше единицы, то амплитуды напряжения U o. L и U o. C больше амплитуды напряжения на концах цепи U o.