Подключим к лабораторному генератору переменный ток, частоту которого можно плавно изменять в широких пределах, от электрической лампочки до карманного фонаря. Если частота колебаний большая, то сила тока за период дважды становиться равной нулю, хотя мы не замечаем «миганий» лампочки. Лампочка ровно светит. Это происходит потому, что при значительной частоте переменного тока нить успевает охладиться, и её температура и свечение практически остаются постоянными.
Уменьшив частоту переменного тока, мы заметим «мигание» лампочки. Это вызвано тем, что при малой частоте переменного тока нить лампочки успевает заметно охладиться в те части периода колебаний, когда протекающий по нити ток мал.
Пропуская переменный ток через обмотку электромагнита, мы видели, что стальная пластина, расположенная над электромагнитом приходит в движение. Это происходит потому, что индукция магнитного поля переменного тока изменяется, проходя 100 раз в секунду через нулевое значение.
Пропустив переменный ток через прибор для электролиза подкисленной воды, легко заметить, что в обоих коленах выделяются одинаковые объёмы газа. Если собрать выделяющийся газ в маленькую кружку и поднести к ней тлеющую лучину, то произойдет взрыв, а на стенках кружки появятся капельки воды.
Опыт свидетельствует о том, что при прохождении переменного тока через подкисленную воду около каждого электрода прибора выделяется смесь водорода и кислорода (гремучий газ).
Это происходит потому, что каждый из электродов 50 раз в секунду был катодом и столько же раз – анодом. В первом случае на нем выделяется два объема водорода, а во втором – один объём кислорода.
Следовательно, переменный ток не может быть использован в электрохимических приборах (например, для зарядки аккумуляторов, получения чистых металлов, гальванопластики).
При включении неоновой лампы в цепь постоянного тока разреженный газ светится только около катода. Если же включить неоновую лампу в цепь переменного тока, то газ будет светиться около обоих электродов, так как за 1с каждый из электродов лампы 50 раз становится анодом и столько же раз катодом.
Из проделанных опытов видно, что свойства переменного тока отличаются от свойств постоянного тока. Это отличие вызвано колебательной природой переменного тока.
б) Фазовые соотношения в цепи переменного тока. Подключим к генератору переменного тока очень низкой частоты последовательно резистор R, конденсатор C и катушку L. Для измерения напряжения вынуждающих колебаний подключим магнитоэлектрический вольтметр, а для измерения силы тока ( вынужденные колебания) – магнитоэлектрический амперметр (рисунок 12). Мы заметим, что колебания тока и напряжения (колебания стрелок этих приборов) не совпадают по фазе. Это также видно из осциллограммы тока и напряжения. Обозначив сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения, можно записать:
в) Мощность в цепи переменного тока. Так как напряжение и ток – величины переменные, то и мощность в цепи переменного тока будет величиной переменной. Мгновенная мощность тока выразится так:
или
Заменим произведение синусов через разность косинусов.
Тогда:
или
Так как первый член – величина постоянная (не зависящая от времени), а среднее значение за период равно нулю, то средняя мощность в цепи переменного тока за период определяется формулой
Среднюю мощность переменного тока называют ещё активной мощностью или просто мощностью. Она показывает, сколько электрической энергии необратимо преобразуется в цепи за 1с в другие виды энергии.
10 Цепь переменного тока с активным сопротивлением
а) Понятие об активном сопротивлении. Подключим к генератору переменного тока очень низкой частоты лампочку накаливания. Пусть напряжение на полюсах генератора изменяется синусоидально. Присоединим параллельно лампочке магнитоэлектрический вольтметр, показания которого пропорциональны напряжению. Последовательно с лампочкой включим магнитоэлектрический амперметр, показания которого пропорциональны току. При замыкании цепи видно, что стрелки приборов одновременно проходят через нулевые и максимальные значения. Это значит, что колебания тока и напряжения совпадают по фазе:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.