Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса, страница 15

 Электрическая энергия, поступающая от источника в параллельный колебательный контур, превращается во внутреннюю энергию(обмотка катушки индуктивности и соединительные провода нагреваются). Важно отметить, что при этом сила тока в каждой из ветвей значительно превосходит силу тока в неразветвленной цепи:

                                              I_L =Ic>> I

Хотя в неразветвленной части цепи токи и текут в противоположные стороны, в контуре, образованном конденсатором и катушкой, их направления в любой момент времени одинаковы. Таким образом, слабый переменный ток, питающий колебательный контур, поддерживает внутри колебательного контура значительно более сильные вынужденные электрические колебания. В этом и состоит явление резонанса в параллельном колебательном контуре. Понятно, что резонансная частота определяется из условия:

или

откуда:

Мы видим, что резонанс в параллельном колебательном контуре наступает, когда частота      переменного напряжения, подаваемого от источника к колебательному контуру, равна собственной частоте     колебательного контура:

В процессе вынужденных электрических колебаний, в параллельном колебательном контуре при наступлении резонанса происходит непрерывное превращение энергии электрического поля в энергию магнитного поля и обратно.

15 Трансформация переменного тока. Разные потребители  электрического тока рассчитаны на различные напряжения. Так, большинство электробытовых приборов рассчитано на напряжение 127 или 220В, промышленные электродвигатели – на 220, 380 и даже на 660В. Для передачи электрической энергии используется напряжение в сотни киловольт. Между тем электростанции обычно дают напряжение в несколько тысяч вольт. Поэтому возникает потребность в преобразовании одного напряжения в другое. Преобразовать постоянное напряжение очень трудно. Между тем переменное напряжение легко поддаётся преобразованию почти без потерь. В этом состоит одна из главных причин того, что в современной технике используется в основном переменный ток. Приборы, с помощью которых производится преобразование переменного напряжения без изменения его частоты, называют трансформаторами. Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника (магнитопровода) и двух (или большего числа) надетых на него обмоток (рисунок 21). К одной обмотке – первичной - подводится преобразуемое напряжение U₁ , а с другой – вторичной – снимается преобразованное напряжение U_2. Ко вторичной обмотке присоединяют приемники электрической энергии. Для уменьшения потерь на вихревые токи, магнитопровод собирается из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга тонким слоем лака.

          Рассмотрим сначала работу трансформатора на холостом ходу, т.е. когда цепь вторичной обмотки разомкнута и потребители отключены. Если первичную обмотку трансформатора подключить к сети переменного тока с напряжением

то проходящий по этой обмотке переменный ток отстает по фазе от переменного напряжения  почти на , так как активное сопротивление обмоток трансформатора обычно мало по сравнению с их индуктивным сопротивлением (в частности, для первичной обмотки  R1<<w L1)

         Ток   i₁ создает в магнитопроводе переменный магнитный поток

          Колебания, которого совпадают по фазе с колебаниями тока. Этот переменный магнитный поток пронизывает витки обеих обмоток и вызывает в каждом витке индукционное электрическое поле. ЭДС индукции в витке равна:

где

есть амплитуда колебаний значения ЭДС  е  в одном витке. Если первичная обмотка содержит N₁ витков, а вторичная N₂ витков, то ЭДС в этих обмотках соответственно равны:

          Приблизительно равны и амплитудные значения этих величин

 Амплитуда ЭДС индукции, возникающей в первичной обмотке, а  амплитуда ЭДС индукции во вторичной обмотке.

ЭДС е₁ в первичной обмотке изменяется в противофазе по отношению к переменному напряжению, подводимому к этой обмотке. Так как активное сопротивление первичной обмотки обычно мало и падение напряжения на нем незначительно, то можно считать, что