Сабақ жоспары "Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі. Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергі" 11 сынып

Физика. 11-сынып

№11

Сабақтың мерзімі:

Сабақтың тақырыбы: §2.3. Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі

 2.4. Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергі

Сабақтың  түрі:    Жаңа  сабақ.

Сабақтың мақсаты: 

Білімділік: Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергісін, айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергі тақырыбы  туралы білімін қалыптастыру

Тәрбиелік: Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі, айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергісінің қоғамдағы қажеттілігін меңгеру.

Дамыту: Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі, индуктивті кедергісін анықтуға есептер шығаруды жетілдіру

Сабақ барысы:

І. Ұйымдастыру кезеңі:

Амандасып, сыныптың тазалығын қадағалау, оқушыларды түгендеу. 

       ІІ. Үй тапсырмасын сұрау

1.     Активті кедергі деп нені айтамыз?

2.     Активті кедергіден кернеу мен ток күшінің тербеліс теңдеулерін жазыңдар

3.     Ток күші мен кернеудің әсерлік мәндері қалай анықталады?

4.     Лездік қуаттың уақытқа тәуелділік графигін салыңдар.

2.2.5, 2.2.7  есеп

Жаңа сабақ:

Конденсатор қосылған тізбектен тұрақты ток жүрмейді, себебі бұл жағдайда тізбек тұйық емес, конденсатордың астарларының арасы диэлектрикпен бөлінген. Ал, бірақ конденсаторды айнымалы кернеу көзіне қосса, ол үнемі қайта зарядталып отырады да тізбек арқылы ток жүреді.

Айнымалы u=U_mcosωt кернеу көзіне қосылған сыйымдылығы С конденсатордан тұратын өте қарапайым тізбекті қарастырайық (2.7-сурет). Жалғастырғыш сымдардың кедергісі R=0 болсын. Онда конденсаторға түсетін кернеу u=U_mcosωt = q/C, мұндағы q - конденсатордың астарларындағы заряд. Бұдан q=U_m C cosωt. Тізбектегі ток күшін табу үшін зарядтан уақыт бойынша бірінші туынды алайық: і =q'= - U_m C sin ωt= U_m C ω cos(ωt +π/2) , мұндағы

І_т = ω C U_m

өрнегі ток күші тербелістерінің амплитудасын береді. Олай болса, ток күші тербелістерінің теңдеуі мынадай болады:

і = І_т соs (ωt +π/2)

Бұл теңдеуді конденсаторға түсірілген кернеудің u=U_mcosωt өрнегімен салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: тізбектегі ток күшінің тербелістері кернеу тербелістерінен фаза бойынша π/2-ге озады. 

белгілеуін енгізіп, І_т = ω C U_m  оны қойсақ,

І_т =

формуласын аламыз. Бұл тізбектің бөлігі үшін Ом заңы. Соң ғы өрнектегі    активті кедергінің орнында тұрған жиілік пен сыйымдылыктың көбейтіндісінің кері шамасын сыйымдылық кедергі деп атайды. (2.9) өрнегінен тұрақты кернеу жағдайында, сыйымдылық неғұрлым үлкен болса, конденсатор астарларындағы заряд та соғұрлым үлкен, олай болса қайта зарядталу ток күші де соғұрлым көп, яғни кедергі аз. Сонымен бірге тербеліс жиілігі неғұрлым көп болса, сыйымдылық кедергі соғұрлым аз. Тұрақты ток үшін  ω=0, ендеше  -ке тећ. Тізбекте ток жүрмейді.

Тек қана сыйымдылық кедергісі бар тізбектегі айнымалы ток күші мен кернеудің уақытқа тәуелділік графиктері мен векторлық диаграмма сәйкесінше 2.7 және 2.8-суреттерде көрсетілген. Векторлық диаграммада ток күші мен кернеу амплитудасы векторларының  арасындағы бұрыш π/2 -ге тећ.

Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергі

Айнымалы ток тізбегінде индуктивтік косымша кедергі тудырады, мұны өздік индукция кұбылысымен түсіндіруге болады (2.10-сурет).

Мынадай тәжірибені карастырайық. Тұракты ток көзіне қосылган екі электр шамының екіншісіне тізбектей индуктивтігі үлкен катушка жалғанған (2.11-сурет). Кілтті тұйыктаган кезде бірінші шам жарқ етіп бірден, ал екіншісі кешігіп жанады. Бұл тәжірибенің нәтижесін былай түсіндіруге болады. Кілтті тұйыктағанда тізбектегі ток нөлден і_maх мәніне дейін өседі. Бірінші шамдағы ток күші тез өседі, ал екінші шамнан өтетін ток күшінің тез өсуіне пайда болган өздік индукция тоғы кедергі жасайды. Сондыктан екінші шамнан ететін ток күші баяу, біртіндеп өсіп, бірінші шамдағы ток күшінің мәніне жетеді.

Енді тәжірибені озгертіп, 2.12-суреттегі тізбекті кұрайык. Кілт 1-қалыпта косылса, тізбектен тұрақты ток, ал ол 2-калыпта болса — айнымалы ток жүреді. Тәжірибеден бірінші жағдайда шамның жарықтылығы екінші жағдайдағы жарықтылығына қарағанда артық екенін көруге болады. Оның себебі мынада: екі жағдайда да, тізбек тұйықталган соң, тізбектегі ток күші өздік индукция тогының әсерінен біртіндеп баяу өседі. Бірақ кілт 2-қалыпта тұйықталғанда тізбектегі ток күшінің шамасы да, бағыты да периодты түрде өзгереді. Сондықтан периодтың төрттен біріне тең уақытта ток күші өзінің тұрақты мәніне жетіп үлгермей, кеми бастайды және ол әрбір жарты период сайын қайталанып отырады.

Сонымен, ток күші азайып, индуктивтік тізбекте қосымша кедергі туады. Мұндай кедергі тұрақты ток тізбегінде жоқ.

Енді тек индуктивті кедергісі ғана бар (2.10-сурет) айнымалы ток тізбегіндегі ток күшінің қалай өзгеретінін анықтайық. Катушкада лездік мәні

=-Li^/

тең болатын өздік индукцияның ЭҚК-і пайда болады. Мұндагы і' — ток  күшінің уақыт бойынша алынған бірінші туындысы. Ом заңы бойынша

iR=+u

мұндағы Е — катушканың активті кедергісі, и — катушканың ұштарындағы кернеудің  лездік мәні. Идеал катушкада R = 0, сондықтан

0=+u немесе u= -

түріне ие болады. Ток күшінің

i=I_msinωt

заңы бойынша өзгерісі кезінде өздік индукцияның ЭҚК-і:

^/=-ωLI_mcosωt.

и = - е_is болгандықтан кернеу

и = ωLI_mcosωt.= ωLI_msin(ωt+π/2)= U_msin(ωt+ π/2)

теңдеуімен анықталады, мұндағы U_m = ωLI_m -кернеу амплитудасы. Осы  теңдеулерін салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: катушкадагы ток күшінің  тербелісі кернеу тербелісінен фаза бойынша  π/2- ге артта қалады.

Катушкадагы ток күшінің амплитудасы

формуласымен анықталады. Бұл индуктивтік идеал катушкасы бар айнымалы ток тізбегі үшін Ом заңы.  өрнегі катушканың индуктивті кедергісі деп аталады да  әрпімен белгіленеді:

=

Егер ток күші мен кернеу амплитудасының орнына олардың әсерлік мәнін қолдансақ,

аламыз. Индуктивтік кедергі айнымалы токтың циклдік жиілігі мен индуктивтігіне тура пропорционал. Индуктивтік артқан сайын кедергі де артады . жиілік азайсы, кедергі де кемиді. Тұрақты ток үшін диілік нөлге тең., онда индуктивтік кдергі де нөлге тең.

Индуктивтік кедергідегі ток пен кернеудің уақытқа тәуелділік графиктері 2.13 суретте, ал осыған сәйкес векторлық диаграмма 2.14 суретте кескінделген.

ІV. Жаңа тақырыпты бекіту.

2.3.1 , 2.3.2, 2.3.3, 2.4.1, 2.4.2   есептерді шығару.

V. Үйге тапсырма: §2.3, 2.4. 2.3.4, 2.3.5, 2.4.3, 2.4.4 есеп

VІ. Баға қою