Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса, страница 8

         Участок электрической цепи, на котором колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, называется активным участком. На активном участке цепи электромагнитная энергия преобразуется во внутреннюю энергию, в результате чего происходит нагревание проводника.

Рисунок 12 - Магнитоэлектрический амперметр

Активным участком цепи может быть любой электронагревательный прибор (например, электрическая плитка). Сопротивление  R активного участка цепи электрическому току называется активным сопротивлением.

б) Действующее значение силы тока и напряжения. Количество теплоты, выделяющейся при прохождении по проводнику постоянного тока, можно было подсчитать по формуле закона Джоуля - Ленца. В случае переменного тока задача усложняется тем, что мгновенное значение силы тока непрерывно изменяется, Однако за каждый период Т при прохождении переменного тока по проводнику с активным сопротивлением R выделяется вполне определенное количество теплоты Q. Для подсчета этого количества теплоты нельзя взять ни максимального, ни тем более минимального значения тока, а надо брать какое– то  промежуточное значение I, которое получило название действующего значения.

          Введенное таким образом действующее значение силы переменного тока должно удовлетворять уравнению

Q = i² R T

          Но количество вылившейся за один период теплоты можно выразить через среднюю мощность тока и период: Q=PT. Так как на активном участке цепи

                                  

          Поэтому

                                                 

          Приравняв правые части обоих выражений для Q, получим :

откуда:                                

или                                               

          Аналогично действующее значение напряжения связано с его максимальным значением соотношением

                                               

          Обычно амперметры и вольтметры переменного тока градуируются по действующим значениям силы тока и напряжения. В технических паспортах всех электрических машин, аппаратов и приборов переменного тока также указаны действующие значения силы тока и напряжения.

     в) Закон Ома. В 9 классе, изучая свойства постоянного тока, мы видели, что сила тока на участке цепи, содержащем металлические проводники, пропорциональна приложенному к участку напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка (закон Ома). В случае цепи переменного тока с активным сопротивлением колебания тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому закон Ома справедлив для мгновенных значений силы тока и напряжения:

          Но I= Im sin wt и u=Uv sin wt. По тому

т.е. закон Ома справедлив и для максимальных значений силы тока и напряжения. Закон Ома для цепи переменного тока записывается через действующее значение силы тока и напряжения так же, как для цепи постоянного тока:

г) Мощность. Так как на активном участке цепи колебания силы тока  и напряжения совпадают по фазе (т.е. разность фаз равна нулю),  то Учитывая это, можно формулу мощности переменного тока

записать так:

          Перейдя к действующим значениям силы тока и напряжения, получаем:

P=UI

Таким образом, мощность переменного электрического тока на активном участке цепи равна произведению действующих значений силы тока и напряжения.

11 Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением

а) Ёмкостное сопротивление. Подключим к источнику постоянного напряжения цепь, состоящую из конденсатора большой  ёмкости и амперметра. В момент замыкания цепи стрелка амперметра отклоняется на несколько делений, а затем возвращается  в нулевое положение.