Амплитуда силы переменного тока прямо пропорциональна амплитуде напряжения и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Закон Ома для действующих значений силы тока и напряжения:

Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения можно определить из векторной диаграммы:

На реальном участке цепи происходят новые физические явления. Одно из важных – электрический резонанс.

Явление электрического резонанса впервые было описано выдающимся английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1868 году.

Из формулы (7) следует условие, при котором наступает электрический резонанс: сила тока максимальна при минимальном значении полного сопротивления цепи, т.е. когда:

При этом:

цепь обладает только активным сопротивлением;
(U _L ) _рез. = (U _C ) _рез. (по модулю), но противоположны по фазе.

Выводы:

Из (10) следует, что электрический резонанс происходит, когда частота вынуждающего напряжения равна собственной частоте электрической цепи:

Амплитуда установившихся колебаний силы тока при резонансе определяется:

При электрическом резонансе цепь фактически обладает только активным сопротивлением, т.е. нет сдвига фаз между силой тока и напряжением, хотя до и после резонанса этот сдвиг фаз есть.

Проанализируем формулу (12):

при R —> 0 (I_max)_рез. —> (чем меньше активное сопротивление R, тем более острый максимум имеет резонансная кривая);
при R —> говорить о резонансе не имеет смысла.

► Определение: Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

► демонстрация

В цепь последовательно включается катушка «120 В» от универсального трансформатора, батарея конденсаторов на 58 мкФ, лампочка. С помощью батареи конденсаторов можно установить такую силу тока, что лампочка будет светить неярко. Если изменять частоту генератора, то можно наблюдать вначале увеличение яркости свечения лампочки, а затем уменьшение.

► Кто объяснит, почему это происходит? ( Совпадение частот вынужденных и собственных колебаний индуктивное и емкостное сопротивления равны).

Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи в схемах настройки радиоприёмников (для выделения сигнала требуемой частоты), усилителей, генераторов высокочастотных колебаний. На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов. Например, резонансный волномер используется для измерения частоты и является основной частью генераторов стандартных сигналов.

Нужно помнить, что явление электрического резонанса необходимо учитывать при расчёте изоляции электрических цепей.

Вредное влияние резонанса проявляется в тех случаях, когда в цепи, не рассчитанной на работу в условиях резонанса, возникают чрезмерно большие токи или напряжения.

Резкие возрастания тока могут привести к нарушению изоляции витков катушки индуктивности, а большие напряжения – к пробою конденсаторов.

Условия, при которых возникает электрический резонанс:

1) частота внешнего напряжения (ЭДС генератора) совпадает с собственной частотой колебательного контура: демонстрация Открытая физика 1.0, модель «Вынужденные колебания в RLC контуре»

2) амплитуда тока зависит от величины активного сопротивления: демонстрация Открытая физика 1.0, модель «Вынужденные колебания в RLC контуре»

3) разность фаз между током и напряжением равна нулю (объяснение с помощью векторной диаграммы) демонстрация «Начала электроники»

4) напряжение на катушке индуктивности и напряжение на конденсаторе равны между собой и во много раз больше внешнего, равного напряжению на активном сопротивлении демонстрация «Начала электроники»

5) общее сопротивление равно активному т.к X_L=X_C

6) амплитуда колебаний (величина заряда) устанавливается не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени

7) энергия полностью поступает в электрическую цепь и безвозвратно превращается в другие виды энергий.

Применение электрического резонанса:

1) входной контур радиоприемника ;

2) резонансный волномер, объяснение принципа действия волномера с переменной емкостью.

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 32; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!