Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
электрических цепях.
• Открытый колебательный контур. Опыты Герца. Электромагнитные волны.
Их свойства. Шкала электромагнитных волн. Излучение и прием
электромагнитных волн. Изобретение радио Поповым.
мотки R = 2 Ом подключена параллельно с резистором сопротивлением R i = 8
Ом к источнику с ЭДС Е = 6 В и внутренним сопротивлением г = 0.2 Ом.
Какое количество тепла Q выделится в
Вопросы программы
Определения, понятия и законы
207
Определения, понятия и законы
Переменный электрический ток. Переменным называется ток, величина и
направление которого периодически меняются во времени. Наибольшее
практическое значение имеет переменный ток, изменяющийся по
гармоническому закону (т.е. по закону синуса или косинуса). Как и любое
гармоническое колебание, такой ток может быть описан формулой
/ = 70cos(co/ + <p0) , (3.5.1)
где / - значение силы тока в данный момент времени /, /о - амплитуда
тока, со - круговая частота, <р0 - начальная фаза. Круговая частота со
связана с частотой v и периодом Т формулами со = 2rcv , со = 2л / Т.
Амплитудное и действующее (эффективное) значение периодически
изменяю%цегося напряжения и тока. Если переменный гармонический ток
проходит через резистор, то напряжение на нем также меняется по
гармоническому закону, причем в той же фазе, что и ток:
C/ = C/0cos(co/+<p0) , (3.5.2)
где С/о _ амплитуда напряжения. Мгновенная мощность переменного тока в
резисторе определяется выражением
Р = 1U = /0С/0 cos2(co/+<p0). (3.5.3)
Средняя за период мощность равна
Р = ¦ (3.5.4)
Формула (3.5.4) дает возможность сравнивать переменный и постоянный токи
по их тепловому действию. Эффективным (действующим) значением переменного
тока называется сила постоянного тока, выделяющего в проводнике такое же
количество теплоты, что и данный переменный ток за то же время. В
соответ-
208
Электромагнитные колебания и волны
ствии с этим, действующее значение силы тока равно /д = Iв /Гг.
Аналогично, действующее значение переменного напряжения определяется как
Ua =U0/ -Jl .
Получение переменного тока с помощью индукционных генераторов. Переменный
ток находит широкое применение на практике благодаря простым и
экономичным способам его получения (с помощью индукционных генераторов) и
преобразования переменного напряжения (с помощью трансформаторов).
Принцип действия генератора переменного тока основан на явлении
электромагнитной индукции, приводящем к возникновению переменной ЭДС при
вращении проволочного витка в магнитном поле.
Магнитный поток однородного поля через плоский виток равен
произведению площади контура S на индукцию магнитного поля В,
пронизывающего контур, и на косинус угла ср между направлением индукции и
нормалью к пло-Рис. 3.5.1 щадке, ограниченной контуром (рис.
3.5.1):
0 = BScos<p. (3.5.5)
Если виток из проволоки равномерно вращается с угловой скоростью со в
магнитном поле, то угол ср между направлением магнитной индукции и
нормалью к плоскости рамки будет меняться по закону ф = со; , что вызовет
появление переменного магнитного потока Ф = BScos со; через площадку,
ограниченную контуром. В результате в контуре возникнет переменная ЭДС
индукции
Е = -Ф = ZfScosincof = Е0 sincof , (3.5.6)
где ?¦" = BSa ~ амплитудное значение ЭДС индукции. Если в магнитном поле
вращается контур, состоящий из N последовательных витков, намотанных на
сердечник с магнитной проницаемостью ц ,
то амплитуда ЭДС индукции \i.NE0 .
Определения, понятия и законы-
209
Для подключения витка к внешней цепи используются скользящие контакты,
состоящие из контактных колец, подсоединенных к выводам витка, и
неподвижных пластин (щеток), прижатых к кольцам. На практике вместо
одного витка используется целая система обмоток, размещенных в пазах
железного сердечника. В мощных генераторах обмотки обычно неподвижны, а
вращается источник магнитного поля. Это позволяет существенно упростить
проблему отвода тока, вырабатываемого генератором, к потребителю.
Трансформатор. Трансформатор представляет собой устройство для
преобразования переменного напряжения. Он состоит из замкнутого железного
сердечника, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная (рис.
3.5.2). К первичной обмотке прикладывается переменное напряжение. Оно
вызывает в обмотке переменный ток, который, в свою очередь, порождает рис
352 переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. Переменный
магнитный поток пронизывает витки вторичной обмотки трансформатора и, в
соответствии с законом электромагнитной индукции, порождает во вторичной
обмотке ЭДС индукции. Для нена груженного трансформатора отношение
напряжения на вторичной обмотке (выходного напряжения ЕУг) к напряжению
на первичной обмотке (входному напряжению U\) равно отношению числа
витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной обмотке:
U-, N-y
-L = -2-. (3.5.7)
С/, N,
Если число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной обмотки
трансформатора, то выходное напряжение больше входного и трансформатор
