Презентация к занятию "Резонанс напряжений в цепи переменного тока"

• 1 слайд

  Тема
  «Резонанс напряжений.
  R, L, C в цепи переменного тока»
  

• 2 слайд

  Вопрос 1. Цепь переменного тока с омическим
  сопротивлением.
  Соединим последовательно активное сопротивление R, катушку индуктивностью L и конденсатор электроемкостью С . Напряжение U, приложенное к данной цепи, распределяется на трех сопротивлениях - активном R, индуктивном XL и емкостном Хс.
  

• 3 слайд

  Резистор в цепи переменного тока
  Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе RIR = UR.
  Фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю.
  Напряжение UR на активном сопротивлении совпадает по фазе с силой тока i=Imax sin (2t), протекающего по неразветвленной цепи.
  Мгновенное значение напряжения на активном сопротивлении UR=URmax sin (2 t), где URmax - максимальное значение напряжения на активном сопротивлении.
  

• 4 слайд

  Вопрос 2. Конденсатор в цепи переменного тока
  Соотношение между амплитудами тока IC и напряжения UC:
  Напряжение на емкостном сопротивлении отстает по фазе от силы тока на /2 (или 900), а его мгновенное значение
  UС=UC max sin (2nt - /2)
  

• 5 слайд

  Вопрос 3. Катушка в цепи переменного тока
  Соотношение между амплитудами тока IL и напряжения UL: LIL = UL
  Напряжение на индуктивном сопротивлении опережает по фазе силу тока на л/2 (или 900), а его мгновенное значение UL =ULmax sin (2 t + /2).
  

• 6 слайд

  Вопрос 4. Последовательное соединение R, L, C; резонанс напряжений.
  Теперь можно построить векторную диаграмму для последовательного RLC-контура, в котором происходят вынужденные колебания на частоте ω. Поскольку ток, протекающий через последовательно соединенные участки цепи, один и тот же, векторную диаграмму удобно строить относительно вектора, изображающего колебания тока в цепи. Амплитуду тока обозначим через I0. Фаза тока принимается равной нулю. Это вполне допустимо, так как физический интерес представляют не абсолютные значения фаз, а относительные фазовые сдвиги. Векторная диаграмма для последовательного RLC-контура изображена на рисунке.
  

• 7 слайд

  Векторная диаграмма на рисунке построена для случая, когда
  или .
  
  В этом случае напряжение внешнего источника опережает по фазе ток, текущий в цепи, на некоторый угол φ.
  Из рисунка видно, что
  
  

• 8 слайд

  Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты  внешнего источника с собственной частотой 0 электрической цепи называется электрическим резонансом.
  Сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи при резонансе обращается в нуль. Резонанс в последовательной RLC-цепи называется резонансом напряжений.
  При последовательном резонансе (ω = ω0) амплитуды UC и UL напряжений на конденсаторе и катушке резко возрастают:
  

• 9 слайд

  Добротности Q любой колебательной системы, способной совершать свободные колебания, может быть дано энергетическое определение:
  Для RLC-контура добротность Q выражается формулой
  При резонансе амплитуды напряжений на конденсаторе и катушке в Q раз превышают амплитуду напряжения внешнего источника.
  

• 10 слайд

  Явление резонанса в последовательном электрическом контуре
  

• 11 слайд

  Вопрос 5. Мощность переменного тока.
  При протекании переменного тока по участку цепи электромагнитное поле совершает работу, и в цепи выделяется джоулево тепло. Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений тока и напряжения: p = J · u. Практический интерес представляет среднее за период переменного тока значение мощности
  I0 и U0 – амплитудные значения тока и напряжения на данном участке цепи, φ – фазовый сдвиг между током и напряжением
  

• 12 слайд

  Если участок цепи содержит только резистор с сопротивлением R, то фазовый сдвиг φ = 0:
  Действующие или эффективные значения силы тока и напряжения:
  Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащем резистор
  

• 13 слайд

  Если участок цепи содержит только конденсатор емкости C, то фазовый сдвиг между током и напряжением =/2.Поэтому
  ВЫВОД:
  Таким образом, мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении. Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.