Меню

Переменный ток протекающий через резистор



Переменный ток

Установившиеся вынужденные электромагнитные колебания можно рассматривать как протекание в цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и конденсатор, переменного тока. Переменный ток можно считать квазистационарным, т. е. для него мгновенные значения силы тока во всех сечениях цепи практически одинаковы, так как их изменения происходят достаточно медленно, а электромагнит­ные возмущения распространяются по цепи со скоростью, равной скорости света. Для мгновенных значений квазистационарных токов выполняются закон Ома и вытекающие из него правила Кирхгофа, которые будут использованы применительно к пере­менным токам (эти законы уже использовались при рассмотрении электромагнитных колебаний).

Рассмотрим последовательно процессы, происходящие на участке цепи, содержащем резистор, катушку индуктивности и конденсатор, к концам которого приложено переменное напряжение

где U m амплитуда напряжения.

1. Переменный ток, текущий через резистор сопротивлением R ( L ® 0, C ® 0) (рис. 213, а). При выполнении условия квазистационарности ток через резистор определяется законом Ома:

где амплитуда силы тока I m = U m / R .

Для наглядного изображения соотношений между переменными токами и напряжениями воспользуемся методом векторных диаграмм. На рис. 213, б дана векторная диаграмма амплитудных значений тока I m и напряжения U m на резисторе (сдвиг фаз между I m и U m равен нулю).

2. Переменный ток, текущий через катушку индуктивностью L ( R ® 0, C ® 0) (рис. 214, а). Если в цепи приложено переменное напряжение (149.1), то в ней потечет переменный ток, в результате чего возникнет э.д.с. самоиндукции (см. (126.3)) . Тогда закон Ома (см. (100.3)) для рассматриваемого участка цепи имеет вид

Так как внешнее напряжение приложено к катушке индуктивности, то

есть падение напряжения на катушке. Из уравнения (149.2) следует, что

после интегрирования, учитывая, что постоянная интегрирования равна нулю (так как отсутствует постоянная составляющая тока), получим

Читайте также:  Максимальная сила тока в колебательном контуре 0 1 а максимальное напряжение

где I m = U m /( w L ). Величина

называется реактивным индуктивным сопротивлением (или индуктивным сопротивлением). Из выражения (149.5) вытекает, что для постоянного тока ( w = 0) катушка индуктивности не имеет сопротивления. Подстановка значения U m = w LI m в выражение (149.2) с учетом (149.3) приводит к следующему значению падения напряжения на катушке индуктивности:

Сравнение выражений (149.4) и (149.6) приводит к выводу, что падение напряжения UL опережает по фазе ток I , текущий через катушку, на p /2, что и показано на векторной диаграмме (рис. 214, б).

3. Переменный ток, текущий через конденсатор емкостью С ( R ® 0, L ® 0) (рис. 215, в). Если переменное напряжение (149.1) приложено к конденсатору, то он все время перезаряжается, и в цепи течет переменный ток. Так как все внешнее напряжение приложено к конденсатору, а сопротивлением подводящих проводов можно пренебречь, то

называется реактивным емкостным сопротивлением (или емкостным сопротивлением). Для постоянного тока ( w = 0) R С = ¥ , т. е. постоянный ток через конденсатор течь не может. Падение напряжения на конденсаторе

Сравнение выражений (149.7) и (149.8) приводит к выводу, что падение напряжения U С отстает по фазе от текущего через конденсатор тока I на p /2. Это показано на векторной диаграмме (рис. 215, б).

4. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. На рис. 216, а представлен участок цепи, содержащий резистор сопротивлением R , катушку индуктивностью L и конденсатор ем­костью С, к концам которого приложено переменное напряжение (149.1). В цепи возникнет переменный ток, который вызовет на всех элементах цепи соответствующие падения напряжения UR , UL и U C . На рис. 216, б представлена векторная диаграмма амплитуд падений напряжений на резисторе ( UR ), катушке ( UL ) и конденсаторе ( UC ). Амплитуда U m приложенного напряжения должна быть равна векторной сумме амп­литуд этих падений напряжений. Как видно из рис. 216, б, угол j определяет разность фаз между напряжением и силой тока. Из рисунка следует, что (см. также формулу (147.16))

Читайте также:  Мне нужна тока любовь

Из прямоугольного треугольника получаем откуда амплитуда силы тока имеет значение

совпадающее с (147.15).

Следовательно, если напряжение в цепи изменяется по закону U = U m cos w t , то в цепи течет ток

где j и I m определяются соответственно формулами (149.9) и (149.10). Величина

называется полным сопротивлением цепи, а величина

реактивным сопротивлением.

Рассмотрим частный случай, когда в цепи отсутствует конденсатор. В данном случае падения напряжений UR и UL в сумме равны приложенному напряжению U . Векторная диаграмма для данного случая представлена на рис. 217, из которого следует, что

Выражения (149.9) и (149.10) совпадают с (149.13), если в них 1/( w C )=, т.е. С= ¥ . Следовательно, отсутствие конденсатора в цепи означает С= ¥ , а не С=0. Данный вывод можно трактовать следующим образом: сближая обкладки конденсатора до их полного соприкосновения, получим цепь, в которой конденсатор отсутствует (расстояние между обкладками стремится к нулю, а емкость — к бесконечности).

Источник

Переменный ток, текущий через резистор сопротивлением

Переменный ток, активное и реактивное сопаротивление. Метод векторных диаграмм для переменного тока

Переменный ток можно считать квазистационарным, т. е. для него мгновенные значения силы тока во всех сечениях цепи практически одинаковы Для мгновенных значений квазистационарных токов выполняются закон Ома и вытекающие из него правила Кирхгофа.

Рассмотрим последовательно процессы, происходящие в цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и конденсатор, при приложении к ней переменного напряжения

U = U m cos wt, где U m — амплитуда напряжения.

Переменный ток, текущий через резистор сопротивлением.

Ток через резистор определяется законом Ома:

I = U/R = (U m/R) cos wt = I m cos wt, где I m =U m/R амплитуда силы тока.

Для наглядного изображения соотношений между переменными токами и напряжениями воспользуемся методом векторных диаграмм. На рис. б) представлена векторная диаграмма амплитудных значений тока I m и напряжения U m на резисторе (сдвиг фаз между 1 т и U m равен нулю).

Читайте также:  Схема реостата который уменьшает силу тока

2. Переменный ток, текущий через катушку индуктивностью L

Если в цепи приложено переменное напряжение U, то в ней потечет переменный ток, в результате чего возникнет э. д. с. самоиндукции. Тогда второе правило Кирхгофа для рассматриваемого участка цепи имеет вид

или

.

Проинтегрируем данное уравнение

.

Т.е. амплитуда тока и ток отстает от напряжения на индуктивности на p/2 (или напряжения опережает ток на индуктивности на p/2.). Векторная диаграмма приведена на рисунке.

Величина R L=w L называется реактивным индуктивным сопротивлением(или индуктивным сопротивлением).Из данного выражения вытекает, что для постоянного тока (w=0) катушка индуктивности не оказывает сопротивления.

3. Переменный ток, текущий через конденсатор С

Источник