Презентация к урокам физики и электротехники Особенности электрических процессов в простейших электрических цепях с активным, индуктивным и емкостным элементом

Особенности электрических процессов в простейших электрических цепях с активным, индуктивным и емкостным элементом

В цепи переменного тока можно выделить 3 вида сопротивлений (или три вида элементов, оказывающих сопротивление току)

СОПРОТИВЛЕНИЕ

Реактивное X

R

Активное R

индуктивное

емкостное

X L

X C

Реальные электрические цепи содержат все виды сопротивлений (активное, индуктивное и емкостное), поэтому ток в реальной цепи зависит от ее полного (эквивалентного) сопротивления, а сдвиг фаз определяется величиной L и C цепи

План лекции

• Идеальный активный элемент.
• Идеальный индуктивный элемент.
• Идеальный емкостный элемент.

Идеальный активный элемент

• Идеальным активным сопротивлением R называется элемент цепи, в котором электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию или полезную механическую работу.
• Идеальный активный элемент не имеет ни магнитных, ни электрических полей. Поэтому он не запасает внутри себя энергию.

Уравнения колебаний силы тока и напряжения:

i = Im·sin ω t

u = Um·sin ω t

закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором

В цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление, колебания силы тока i и напряжения и совпадают по фазе

Активная мощность всегда положительна

Односторонний транспорт энергии обеспечивает

самую большую пропускную способность проводов электрических линий,

следовательно, самый экономичный

способ их использования.

Активный

режим является самым энергетически выгодным и экономичным режимом

работы цепи.

P = IU = I 2 R – действующее значение мощности

Идеальный индуктивный элемент

• Идеальной индуктивностью L , называют элемент цепи, в котором электрическая энергия полностью преобразуется в энергию магнитного поля. Идеальный индуктивный элемент не имеет нагрева и электрических полей.
• Данный элемент запасает внутри себя энергию в виде магнитного поля .

i = Im·sin ω t

В цепи переменного тока, содержащей катушку индуктивности, колебания напряжения и опережают колебания силы тока i на 90 0

Данный элемент запасает внутри себя энергию в виде магнитного поля

• Сколько энергии поступает в нагрузку, столько же и возвращается обратно в генератор.
• Энергия здесь не тратится, она колеблется между генератором и нагрузкой, бесполезно загружая провода.
• Существуют встречные потоки энергии, фактическое сечение проводов становится меньше геометрического, в результате пропускная способность линии снижается.
• В сильноточных цепях это вредный режим и от него приходится всеми средствами избавляться.

Идеальный емкостный элемент

• Идеальной емкостью C, называют элемент цепи, в котором электрическая энергия полностью преобразуется в энергию электрического поля. Идеальный емкостный элемент не имеет нагрева и магнитных полей.
• Емкость препятствует всякому изменению напряжения в цепи.
• Ток через емкость - это особый ток, поскольку он проходит по диэлектрику. Это так называемый ток смещения.

• Если по емкости протекает синусоидальный переменный ток

i = Im·sin ω t

то напряжение на ней будет

В цепи переменного тока, содержащей конденсатор, колебания силы тока i опережают колебания напряжения u на 90 0

C 1 X С 2 С 2 Сопротивление конденсатора зависит от его электроемкости: при фиксированной частоте конденсатор с большей емкостью будет обладать меньшим сопротивлением " width="640"

График зависимости сопротивления конденсатора от частоты

X С1

С 1

С 2 C 1

X С 2

С 2

Сопротивление конденсатора зависит от его электроемкости:

при фиксированной частоте конденсатор с большей емкостью будет обладать меньшим сопротивлением

• Данный элемент запасает внутри себя энергию в виде электрического поля.

• Сколько энергии поступает в нагрузку, столько же и возвращается обратно в генератор.
• Энергия здесь, как и в случае с индуктивностью, не тратится, она колеблется между генератором и нагрузкой, бесполезно загружая провода.
• Встречные потоки энергии приводят к снижению фактического сечения проводов, в результате пропускная способность линии снижается. Реактивная энергия на емкости противоположна по знаку реактивной энергии на индуктивности. Это означает, что емкость и индуктивность стремятся поглотить друг друга, скомпенсировать друг друга. Такая компенсация широко используется на практике, в частности для организации резонансных режимов.