Cкорость волны равна произведению длины волны на частоту колебаний.
λ= 
= v · T
Энергия колеблющегося тела прямо пропорциональна его массе, квадрату частоты колебаний и квадрату их амплитуды:
w = 
3. Источником звука является колеблющееся тело. Механические волны, которые вызывают у человека ощущение звука, называются звуковыми. Звуковые волны являются продольными.
Условия ощущения звука:
1) Имеется источник звука, создающий колебания с частотой в пределах от 17 до 20000 Гц.
2) Имеется упругая среда между ухом и источник.
3) Мощность звуковых волн должна быть достаточна для получения ощущения звука.
Звуковые волны в вакууме не распространяются.
Скорость звука в воздухе 331 м/с.
Скорость звука в воде 1435 м/с.
Скорость звука в стали 4980 м/с.
Звук, издаваемый гармонически колеблющимся телом, называется музыкальным тоном. Музыкальные тоны отличаются громкостью и высотой. Громкость звука определяется амплитудой колебаний (чем больше амплитуда, тем больше громкость). Высота звука определяется частотой колебаний (чем больше частота, тем выше звук). Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная частота колебаний. Шум - это присутствие звуковых колебаний различных частот.
Продольные волны с частотой ниже 17 Гц называется инфразвуком (он мало применяется).
Продольные волны с частотой больше 20000 Гц, называются ультразвуком (летучие мыши, дельфины, эхолот).
Тема 14
Электрические колебания. Действующие значения тока и напряжения. Закон Ома в цепи переменного тока. Мощность переменного тока. Трансформатор, устройство и работа. Производство, передача и использование энергии.
|
|
|
1. Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называется электрическими колебаниями. Электрические колебания имеют сходство с механическими; сходными являются процессы периодического изменения величин, т.к. сходны условия, порождающие электрические и механические колебания.
 Механические величины
| Электрические величины |
Координата х
Скорость υ
Масса m
Жесткость пружины k
Потенциальная энергия 
Кинетическая энергия 
| Заряд q
Cила тока I
Индуктивность L
Обратная величина емкости 
Энергия электрическая поля 
Энергия магнитного поля 
|
Электрические колебания бывают свободными, затухающими из-за потерь энергии. И они практически не используются.
Вынужденные электрические колебания получили практическое применение. Примером таких колебаний может служить переменный электрический ток в квартирах, школах, предприятиях. Сила тока и напряжения изменяется по гармоническому закону.
|
|
|
Периодом колебаний силы тока или напряжения называется наименьший промежуток времени, через который значение силы тока или напряжения повторяются по модулю и знаку.
Частотой электрических колебаний называют число колебаний в единицу времени.
Частота переменного тока – это число колебаний за 1с. Она равна 50 Гц в России, в США - 60 Гц.
2. Моделью простейшего генератора служит рамка, вращающаяся в магнитном поле.
При вращении рамки в магнитном поле с индукцией В в каждой стороне рамки наводится ЭДС индукции.
Мгновенное значение ЭДС индукции: e = Em sin 
t
Мгновенное значение напряжения: u = Um sin t
Мгновенное значение силы тока: i = Im sin t
Начальные фазы u и i могут не совпадать. Мгновенные значения меняются.
Действующим (эффективным) значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, которая по своему тепловому действию равнозначна силе переменного тока.
I= Im/ 
= 0,707 Im
U=Um/ =0,707 Um
E=Em/ =0,707 Em
Проводник, в котором происходят потери на нагревание, обладает активным сопротивлением.
R= 
(1+ 
t)
В цепи, имеющей только активное сопротивление сдвиг фаз между напряжением и током равен нулю.
Катушка в цепи увеличивает сопротивление, т.к. в ней действует ЭДС самоиндукции и обладает индуктивным сопротивлением.
|
|
|
XĹ = L (1)
В цепи с индуктивным сопротивлением напряжение опережает ток по фазе.
Конденсатор в цепи обладает емкостным сопротивлением
Хс= 
(2)
Напряжение на емкостном сопротивлении отстает по фазе от тока.
Индуктивное и емкостное сопротивления называются реактивными.
Реактивное сопротивление: Х = ХL – XC
Полное сопротивление цепи при наличии индуктивности и емкости:
= 
(3)
3. Так как I = 
, и учитывая, что полное сопротивление цепи определяется формулой (3), а индуктивное и емкостное сопротивления формулами (1) и (2) получим I = 
- закон Ома для переменного тока.
4. Активная мощность переменного тока:
Р= I U сos 
сos - коэффициент мощности, сos = 
, где
R – активное сопротивление
- полное сопротивление
Мощность, затрачиваемая только на тепловое действие тока, выражается формулой:
Р= I2 R
5. Одно из важных преимуществ переменного тока перед постоянным заключается в том, что легко можно изменить напряжение. Прибор для преобразования напряжения и силы тока при неизменной частоте называется трансформатором. Он был изобретен Яблоковым в 1876 г.
|
|
|
Устройство трансформатора:
1) сердечник
2) 2 катушки
Одна катушка подключена к источнику переменного тока и называется первичной, вторая – к нагрузке (потребителю) и называется вторичной.
n1 –число витков первичной обмотки
n2 – число витков вторичной обмотки
При изменении напряжения на первичной обмотке по гармоническому закону с частотой , по тому же закону и с той же частотой изменяется ток первичной обмотки и созданный им магнитный поток
Ф = Фmсos t
Если первичная обмотка имеет n1 витков и ЭДС в ней Е1, а вторичная обмотка имеет n2 витков и ЭДС самоиндукции в ней Е2, то ЭДС индукции в обмотках прямо пропорциональны числу витков в них:
При разомкнутой цепи вторичной обмотки (холостой ход трансформатора) напряжение U2 на ее зажимах равно Е2, а напряжение U1≈E1. Следовательно, при холостом ходе трансформатора напряжения на обмотках прямо пропорциональны числу витков обмоток:
Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации:
k = 
(т.е. n1<n2)
Если k<1, то трансформатор повышающий
Если k>1 (т.е. n1>n2), то трансформатор понижающий
При подключении трансформатора к нагрузке во вторичной обмотке появляется ток I2, который создает магнитный поток встречный первичному потоку, следовательно, увеличивается сила тока в первичной обмотке. Мощности в первичной и вторичной цепях должны быть приблизительно равны:
U1I1 ≈ U2I2
Следовательно, 
, т.е. 
, сила тока в обмотках обратно пропорциональна числу витков.
Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока.
КПД трансформатора определяется по формуле η= 
6. Производится электроэнергия на тепловых, гидро- и атомных электростанциях. На тепловых электростанциях источником энергии служит топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. На гидроэлектростанциях используется энергия воды, поднятой плотиной. На атомной электростанции используется энергия выделяемая при ядерной реакции.
Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и гидроресурсов. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Такая передача связана с потерями энергии (расходуется на нагревание провода линий электропередачи). Поэтому повышают напряжение, а силу тока понижают. Для этого используют повышающие трансформаторы. Для непосредственного использования электроэнергии в быту (4%), промышленности (70%), в сельском хозяйстве (10%), на транспорте (15%) напряжение нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.
Тема 15
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 295; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!