Цепь переменного тока с активным, ёмкостным и индуктивным сопротивлением"

Тема урока:

«Цепь переменного тока с активным, ёмкостным и индуктивным сопротивлением»

Тип урока: урок изучения нового материала с элементами повторения.

Цель образовательная: сформировать понятие о активном и реактивном сопротивлении в цепи переменного тока, выяснить причины его появления.

Цель развивающая: учить рассчитывать параметры простейших цепей переменного тока.

Используемые образовательные технологии: информационная (работа с обучающей программой, исследовательская деятельность), коммуникативно-ориентированная (дифференцированный подход, создание проблемной ситуации, рефлексия), здоровье сберегающая (воевременное чередование различных видов деятельности учащихся, решение задач направленных на сохранение жизни, создание благоприятного эмоционально-психологического климата во время урока, проветривание кабинета перед уроком)

Оборудование: демонстрационный генератор переменного тока, резистор, лампа накаливания на подставке, соединительные провода.

План урока:

1. Орг. момент. – 2 мин.

2. Актуализация ранее полученных знаний - 5 мин.

3. Изучение нового материала - 20 мин.

4. Физкультминутка – 3 мин.

5. Закрепление изученного материала – 5 мин.

6. Рефлексия – 5мин

7. Подведение итогов. Инструктаж по выполнению домашней работы - 5мин.

Ход урока:

Актуализация ранее полученных знаний. 

1. Что называют переменным электрическим током? (незатухающие электромагнитные колебания, возникающие под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС)

2. Как создать переменный электрический ток? (переменное напряжение создается генераторами на электростанциях)

3. Как вы представляете себе простейшую модель генератора? (проволочная рамка, вращающаяся в постоянном однородном магнитном поле)

4. Как найти мгновенное значение силы тока в любой момент времени? (i=I_msin(t)+)

Изучение нового материала:

Создание проблемной ситуации 

Вопрос классу: Может ли в цепи существовать постоянный ток, если в неё включен конденсатор?

Примерный ответ: Нет, так как конденсатор размыкает электрическую цепь.

Может ли в цепи существовать переменный ток, если в неё включен конденсатор?

Может, так как переменный ток - это электромагнитные колебания, возникающие при разрядке и зарядке конденсатора.

Как вы считаете, будет ли конденсатор оказывать сопротивление электрическому току? Давайте попробуем предположить, от каких величин оно должно зависеть. Предполагают: от ёмкости конденсатора и от частоты переменного тока.

Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд на обкладках накапливается и больший ток перезарядки возникает, следовательно (согласно закону Ома), сопротивление меньше.

Вывод: зависимость между емкостью конденсатора и ёмкостным сопротивлением обратно пропорциональная.

Чем больше частота переменного тока (меньше период), тем за более короткое время заряд будет проходить по проводам, следовательно сила тока больше, сопротивление меньше.

Вывод: зависимость между частотой переменного тока и ёмкостным сопротивлением обратно пропорциональная.

Формула: X_c=1/C

Вывод: колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на /2. Это означает, когда конденсатор разряжен (u=0) и начинает заряжаться, сила тока в цепи максимальна.

Причины появления ёмкостного сопротивления: изменению переменного тока в любое мгновение противодействует электрическое поле между обкладками конденсатора.

Мы выяснили, что конденсатор, включенный в электрическую цепь оказывает сопротивление переменному току.

Как вы считаете, если включить в электрическую цепь катушку индуктивности, то она будет оказывать сопротивление переменному току?

Предполагаемый ответ: Да, будет. Объясняется явлением самоиндукции. При нарастании электрического поля вихревое поле тормозит движение электронов.

Задание: Предположить, от каких величин зависит индуктивное сопротивление.

Вывод: Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности катушки и от частоты переменного тока. Обе зависимости прямо пропорциональны. Формула: X_L=L.

Итак, активным сопротивлением (R) называют элемент электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю энергию.

Индуктивное сопротивление даёт катушка с небольшим количеством витков провода большого сечения, в которой активное сопротивление принято считать равным нулю.

Ёмкостное сопротивление, это сопротивление которое возникает между всеми проводами разделённые слоем диэлектрика - это может быть кабель, обмотки электродвигателя, многожильные провода.

В ходе объяснения заполняем таблицу:

Величина есть среднее за период значение квадрата силы тока:

Величина, рявкая квадратному корню из среднего значения квад­рата силы тока, называется действующим значением силы пере­менного токи. Действующее значение силы переменного тока обо­значается через /: I= =

Всегда можно подобрать такое значение силы постоянного тока, чтобы энергия, выделяемая за некоторое время этим током на участке со­противлением R, равнялась энергии, выделяемой за то же время переменным током. Дня этого необходимо, чтобы сила постоянного тока равнялась действующему значению силы переменного тока. Дей­ствующее значение силы переменного тока равно силе посто­янного токи, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то лее время.

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: U= =

Заменяя в формуле амплитудные значения силы тока и на­пряжения через действующие значения, получаем I=

Это закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором.

Кроме того, действующие значения удобнее и потому, что именно они определяют мощность Р переменного тока на участке цепи: P= UI

Применение полученных знаний.

1. Измерение некоего объёма ёмкостными датчиками осуществляется колебаниями ёмкостного сопротивления походу измерения необходимых параметров. Оценивается изменение ёмкости конденсаторов под влиянием внешних факторов. Их применяют для стабилизации уровней заполнения различных резервуаров с жидким, сыпучим или даже газообразным содержимым. Используются также в трюмах нефтеналивных танкеров.

2. Индуктивность применяется в различных приборах в радиотехнике, электротехнике, технике связи, электроники, автоматике и др.

Для решения большинства задач используем действующие значения силы тока( I ) и напряжения (U),т.к. нас, обычно, не интересуют мгновенные значения т.е. значения величин в данный момент времени.

Действующие значения могут быть выражены через мгновенные значения или через амплитудные значения следующими формулами:

I=[i^2=Im/[2 ; U=[u^2=Um/[2 .

Кроме того действующие значения удобнее использовать и потому, что именно они непосредственно определяют мощность( P) переменного тока на участке цепи: P=U*I

Закрепление изученного материала.

1. Какое сопротивление называют активным? (электрическое сопротивление, вычисляемое по формуле R= l/S

2. Почему его называют активным? (при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию: электрическая энергия преобразуется во внутреннюю)

3. Как связаны сила переменного тока и напряжение в цепи с резистором? (мгновенное значение силы тока пропорционально мгновенному значению напряжения и совпадает по фазе)

Решение задачи №966.(задачник Рымкевич А.П)

Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение в сети 220 В. Сила тока в цепи 2,5 А. Какова емкость конденсатора?

Как можно найти емкость конденсатора? Из формулы для расчета емкостного сопротивления: X_c=1/C С=1/X_c 

Как можно найти емкостное сопротивление? Из закона Ома: I=U/X_c ;

X_c= U/ I=220В/2,5А=88 Ом.

Как найти циклическую частоту?

 С=1/(2 = 2 X_c·50 Гц·88 Ом)=3,6·10)=1/( 2^-5 Ф=36 мкФ

Проверка усвоения изученного материала

I вариант

1. Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Сила тока в цепи 2 А. Определить напряжение на катушке, если её индуктивность 0,2Гн.

2. Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если пространство между пластинами заполнить диэлектриком ε=2?

II вариант

1. Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение на катушке 120В. Определить силу тока в катушке, если её индуктивность 0,3Гн.

2. Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если расстояние между пластинами увеличить в 2 раза?

Подведение итогов.

Сегодня на уроке мы узнали, что в цепи переменного тока ( в отличие от цепи постоянного тока), кроме активного существует индуктивное и емкостное сопротивления. Выяснили причины их появления. Получили формулы для их вычисления.

Особенно активно и с высоким качеством сегодня работали (объявляются фамилии). Оценки получают (фамилии).

Инструктаж по выполнению домашней работы: п. 32- 34.

Повторить формулы для расчета активного, емкостного и индуктивного сопротивления.

Всем спасибо! Урок закончен. До свидания.