Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса, страница 21

Переход от систем постоянного тока к системам переменного тока обусловлен, как мы уже говорили, стремлением уменьшить потери электроэнергии и снизить стоимость элементов тяговой сети. В этой связи полезным оказалось свойство обратимости двигателей постоянного тока: они могут работать как генераторы, при этом кинетическая энергия движения поезда преобразуется в электрическую. Поезд тормозится, а электро­энергия, получаемая при помощи электродвигателя, работающего в режиме генератора, возвращается в контактную сеть. Такое торможение называется рекуперативным. Применение рекуперации на отдельных участках с крутыми спусками позволяет сэконо­мить до 20% энергии, затрачиваемой на тягу поездов. Возвращаемая в тяговую сеть энергия потребляется электровозами, находящимися на этом же участке, но работающи­ми в тяговом режиме, или (при помощи специальных устройств - инверторов) превраща­ется в трехфазный ток, который направляется в энергосистему дороги.

Заканчивая рассказ о системах постоянного и переменного тока, следует сказать, что каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, о которых мы упоминали лишь вскользь. Современные проблемы совершенствования этих систем решаются уже не физикой, а прикладными науками: электротехникой, материаловедением и другими. При этом основные трудности вызывает  техническое воплощение идей, выдвигаемых изобретателями и конструкторами, их "доводка" до практического использования. Но физика процессов, лежащих в основе работы всех этих устройств, во многом все та же, и все те же физические законы описывают работу создаваемых новых типов электрических машин.

Краткие выводы:

	Переменный ток	Переменный ток с активным сопротивлением	Переменный ток с емкостным сопротивлением	Переменный ток с индуктивным сопротивлением	Полное сопротивление
Фазовые соотношения	u = Umsinwt i=Imsin(wt+φ)	u = Umsinwt i=Imsinwt	Напряжение на конденсаторе определяется имеющимся на нем электрическим зарядом	u = Umsinwt i=Imsin(wt - )	u = Umsinwt i=Imsin(wt+φ)
Мощность	P=1/2UmImcosφ	P=UI	P=UIcosφ	P=0	P=0
Закон Ома
Формула	i=Imsinwt

Переменный ток – это ток, меняющий свое направление.

Активный участок – участок электрической цепи на котором колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

Активное сопротивление- сопротивление активного участка цепи электрическому току.

Индуктивное сопротивление – сопротивление X_L оказываемое катушкой индуктивности переменному току, обусловленное колебаниями тока.

Отличие активного от емкостного сопротивления: активное сопротивление ограничивает силу тока в цепи и полностью преобразует подводимую к нему энергию электромагнитного поля во внутреннюю энергию, а емкостное сопротивление только ограничивает силу тока, но не преобразует энергию электромагнитного поля в другие виды энергии. Поэтому в отличии от активного емкостное сопротивление называется реактивным.

Примеры решения задач

Гладкова Р.А. Сборник задач и вопросов по физике

Пример 54. Шарик, массой 100 г, подвешенный к невесомой пружине с жесткостью 10Н/м, совершает гармонические колебания с амплитудой 4,0×10^{-2 м. Считая колебания незатухающими и начальную фазу равной нулю, определить: 1) смещение шарика за время} t₁ = 52,36×10^-3 с от начала колебаний; 2) полную энергию колебательного движения шарика и его кинетическую энергию в момент прохождения положения равновесия; 3) кинетическую и потенциальную энергию за время t₂ = Т/6 после начала колебаний.