1 Prawdziwe i idealne źródła wiadomości e-mail. energia. Wzorce substytucji. Dowolne źródło moc elektryczna zamienia inne rodzaje energii (mechaniczne, lekkie, chemiczne itd.) na elektryczne. Prąd w źródle energii elektrycznej jest kierowany od negatywnego do pozytywnego ze względu na siły zewnętrzne ze względu na rodzaj energii, którą źródło zamienia na energię elektryczną. Rzeczywiste źródło energii elektrycznej w analizie obwodów elektrycznych można przedstawić w postaci źródło napięcialub jako źródło bieżące. Poniżej pokazano na przykładzie zwykłej baterii.
Sposoby prezentacji rzeczywistego źródła energii elektrycznej różnią się od siebie odpowiednimi obwodami (obwodami obliczeniowymi). Na rys. 15 prawdziwe źródło jest reprezentowane (wymieniane) przez obwód źródła napięcia, a na rys. 16, rzeczywiste źródło jest reprezentowane (zastępowane) przez obecny obwód źródłowy.
|
|
|
||
|
|
|||
|
| |||
Okres (T) to czas (y), w którym zmienna powoduje całkowitą oscylację. Częstotliwość - liczba okresów na sekundę. Jednostką częstotliwości jest Hertz (w skrócie Hz), 1 Hz jest równe jednej oscylacji na sekundę. Okres i częstotliwość są zależne T = 1 / f. W miarę upływu czasu wartość sinusoidalna (napięcie, prąd, emf) przyjmuje różne wartości. Wartość wartości w danym czasie nazywana jest chwilową. Amplituda - największa wartość wielkości sinusoidalnej. Amplitudy prądu, napięcia i emf oznaczone są wielkimi literami o indeksie: I m, U m, E m, a ich wartości chwilowe są pisane małymi literami i, u, e. Wartość chwilową sinusoidalnej wielkości, na przykład prądu, określa się za pomocą wzoru i = I m sin (ωt + ψ), gdzie ωt + ψ jest kątem fazowym określającym wartość sinusoidalnej wielkości w danym czasie; ψ jest początkową fazą, czyli kątem, który określa wartość wielkości w początkowym momencie czasu. Wielkości sinusoidalne o tej samej częstotliwości, ale różnych fazach początkowych nazywane są przesunięciem fazowym.
3 Na rys. 2 pokazuje wykresy wielkości sinusoidalnych (prąd, napięcie) przesuniętych fazowo. Kiedy początkowe fazy dwóch wielkości wynoszą ψ i = u, wówczas różnica i wynosi ψ u = 0, a zatem nie występuje przesunięcie fazowe φ = 0 (ryc. 3). Skuteczność mechanicznych i cieplnych skutków prądu przemiennego jest szacowana na podstawie jego aktualnej wartości. Wartość skuteczna prądu przemiennego jest równa wartości prądu stałego, który w czasie równym jednemu okresowi prądu przemiennego będzie wytwarzał taką samą ilość ciepła o tej samej rezystancji co prąd przemienny. Wartość skuteczna jest oznaczana wielkimi literami bez indeksu: Ja, U, E. Ryc. 2 Wykresy sinusoidalnego prądu i napięcia, poza fazą. Ryc. 3 Fazy sinusoidalne wykresów prądu i napięcia
W przypadku wielkości sinusoidalnych wartości skuteczne i amplitudy są powiązane przez:
I = I M / √2; U = U M / √2; E = E M √2. Efektywne wartości prądu i napięcia są mierzone za pomocą amperomierzy i woltomierzy prądu przemiennego, a średnia moc jest mierzona watomierzami.
4 Działająca (efektywna) wartośćsiłaprąd przemienny nazywają one wartość prądu stałego, którego działanie wytworzy taką samą pracę (efekt termiczny lub elektrodynamiczny), jak dany prąd przemienny w ciągu jednego okresu. We współczesnej literaturze często stosuje się matematyczną definicję tej wielkości - wartość skuteczną prądu przemiennego. Innymi słowy, bieżąca wartość prądu może być określona przez formułę:
.
Dla harmonicznych prądów harmonicznych
gdzie L jest indukcyjnością.
Formuła oporność pojemnościowa:
gdzie C jest pojemnością.
Proponujemy rozważyć obwód prądu przemiennego, który obejmuje jeden opór i wciągnąć go do notebooków. Po sprawdzeniu obrazu mówię to obwód elektryczny (Rys. 1, a) pod działaniem przemiennych prądów przemiennych, których zmiana zależy od zmiany napięcia. Jeśli napięcie wzrasta, prąd w obwodzie wzrasta, a przy napięciu równym zero nie ma prądu w obwodzie. Zmiana kierunku będzie się również pokrywać ze zmianą kierunku napięcia.
(Ryc. 1, c).
Rysunek 1. Obwód prądu przemiennego z aktywną rezystancją: a - schemat; b - diagram wektorowy; c - diagram falowy
Graficznie przedstawię sinusoidalne i prądowe fale sinusoidalne na płytce, które pokrywają się w fazie, wyjaśniając, że chociaż okres i częstotliwość drgań, jak również wartości maksymalne i efektywne, można określić za pomocą fali sinusoidalnej, to jest jednak trudne skonstruowanie fali sinusoidalnej. Prostszym sposobem wyświetlania wartości prądu i napięcia jest wektor. W tym przypadku wektor napięcia (do skali) należy odłożyć na prawo od losowo wybranego punktu. Instruktor sugeruje, aby uczniowie odkładali samodzielnie wektor, przypominając, że napięcie i prąd są w fazie. Po skonstruowaniu wykresu wektorowego (ryc. 1, b) należy wykazać, że kąt między wektorami napięcia i prądu wynosi zero, tj. = 0. Siła prądu w takim obwodzie zostanie określona zgodnie z prawem Ohma: Pytanie 2. Obwód prądu przemiennego z rezystancją indukcyjną Rozważ obwód prądu przemiennego (rys. 2, a), który obejmuje rezystancję indukcyjną. Taka rezystancja jest cewką o małej liczbie zwojów drutu o dużym przekroju, w którym rezystancja czynna jest uznawana za równą 0.
Ryc. 2. Obwód prądu przemiennego z impedancją indukcyjną
Wokół cewki zamienia się z przejściem prądu i powstanie zmienne pole magnetyczne, które indukuje samoindukcję w cewkach. Zgodnie z zasadą Lenza, indukcyjna indukcja zawsze przeciwdziała jej przyczynom. A ponieważ początek indukcji własnej spowodowany jest zmianami prądu przemiennego, to także zapobiega jego przechodzeniu. Opór wywołany przez eden samoindukcji nazywany jest indukcyjnym i jest oznaczony literą x L. Indukcyjna rezystancja cewki zależy od szybkości zmiany prądu w cewce i jej indukcyjności L: gdzie X L - rezystancja indukcyjna, Ohm; - częstotliwość kątowa prądu przemiennego, rad / s; L - indukcyjność tuszy, G.
Częstotliwość kątowa ==,
dlatego
Rezystancja pojemnościowa w obwodzie prądu przemiennego. Przed rozpoczęciem wyjaśnienia należy przypomnieć, że istnieje wiele przypadków, w których obwody elektryczne, oprócz rezystancji czynnej i indukcyjnej, mają również pojemność. Urządzenie zaprojektowane do akumulacji ładunki elektrycznenazywany kondensatorem. Najprostszym kondensatorem są dwa przewody oddzielone warstwą izolacji. Dlatego też przewody wielordzeniowe, kable, uzwojenia silnika itp. Mają rezystancję pojemnościową. Wyjaśnieniu towarzyszy wyświetlanie kondensatora różnych typów i pojemności z ich podłączeniem do obwodu elektrycznego. Proponuję rozważyć przypadek, w którym w obwodzie elektrycznym przeważa rezystancja pojemnościowa, a czynne i indukcyjne można zaniedbać ze względu na ich małe wartości (rys. 6, a). Jeśli kondensator jest zawarty w obwodzie prądu stałego, prąd płynący przez obwód nie przejdzie, ponieważ między płytami kondensatora znajduje się dielektryk. Jeżeli pojemność jest podłączona do obwodu prądu przemiennego, prąd przepływający przez obwód, spowodowany przez ponowne ładowanie kondensatora, przepłynie przez obwód. Ponowne ładowanie występuje, ponieważ zmienne napięcie zmienia swój kierunek, a zatem, jeśli podłączymy amperomierz do tego obwodu, pokaże on prąd ładowania i rozładowania kondensatora. Prąd nie przechodzi również przez kondensator. Siła prądu płynącego w obwodzie z pojemnością zależy od pojemności kondensatora XC i jest określona przez prawo Ohma 
gdzie U jest napięciem źródła emf, V; HC - pojemność, Ohm; / - obecna siła, A.
Ryc. 3. Obwód prądu przemiennego z impedancją pojemnościową
Opór pojemnościowy jest z kolei określony przez formułę 
gdzie C jest pojemnością kondensatora, F. Proponuję, aby uczniowie zbudowali wektorowy wykres prądu i napięcia w obwodzie o pojemności. Przypominam, że badając procesy w obwodzie elektrycznym o pojemności, stwierdzono, że prąd przewyższa napięcie o kąt φ = 90 °. To przesunięcie fazowe prądu i napięcia powinno być pokazane na wykresie falowym. Graficznie przedstawiam falę sinusoidalną napięcia na tablicy (ryc. 3, b) i daje zadanie dla studentów, aby niezależnie zastosować falę sinusoidalną do rysunku, prowadząc napięcie pod kątem 90 °
Zamknij łańcuch. Obwód naładuje kondensator prądowy. Oznacza to, że po lewej stronie kondensatora niektóre elektrony wchodzą do drutu, a ta sama liczba elektronów przechodzi od drutu do prawej strony. Obie płytki będą ładowane przeciwnymi ładunkami o tym samym rozmiarze.
Pomiędzy płytkami w dielektryku będzie pole elektryczne.
Teraz przerwij obwód. Skraplacz pozostanie naładowany. Zwiąż drut jego skierowania. Kondensator jest natychmiast rozładowany. Oznacza to, że nadmiar elektronów z prawej płytki trafi do drutu, a brak elektronów przejdzie od drutu do lewej strony. Na obu płytach elektronów będą takie same, kondensator jest rozładowany.
Jest ładowany do takiego napięcia, które jest dołączone do niego ze źródła zasilania.
Zamknij łańcuch. Kondensator zaczął ładować i natychmiast stał się źródłem prądu, napięcia, E.D. S. Rysunek pokazuje, że kondensator E. D.S. jest skierowany przeciw źródłu prądu, które je ładuje.
Przeciwdziałanie siły elektromotorycznej naładowanego kondensatora do ładunku tego kondensatora nazywa się kapacytancją.
Cała energia zużywana przez obecne źródło do pokonywania pojemności
opór zamienia się w energię pole elektryczne skraplacz.
Kiedy kondensator rozładuje całą energię pola elektrycznego
powróci do obwodu w postaci energii prądu elektrycznego. Tak więc
impedancja pojemnościowa jest reaktywna, tj. nie powodując nieodwracalnych strat energii.
 |
 |
 |
Włącz obwód prądu stałego. Lampa błyska i gaśnie, dlaczego? Ponieważ obwód przeszedł prąd ładowania kondensatora. Gdy tylko kondensator zostanie naładowany do napięcia akumulatora, prąd w obwodzie zostanie zatrzymany.
Teraz zamknij obwód prądu przemiennego. W pierwszym kwartale tego okresu napięcie na generatorze wzrasta od 0 do maksimum. W obwodzie znajduje się kondensator prądu ładowania. W drugim kwartale tego okresu napięcie na generatorze spada do zera. Kondensator rozładowuje się przez generator. Następnie kondensator jest ponownie ładowany i rozładowywany. Tak więc w obwodzie są prądy ładowania i rozładowania kondensatora. Światło będzie włączone przez cały czas.
W obwodzie z kondensatorem prąd przepływa przez cały obwód zamknięty, w tym dielektryk kondensatora. W kondensatorze ładującym powstaje pole elektryczne, które polaryzuje dielektryk. Polaryzacja to rotacja elektronów w atomach na wydłużonych orbitach.
Jednoczesna polaryzacja ogromnej liczby atomów tworzy prąd zwany prąd polaryzacyjny. Tak więc istnieje prąd w przewodach i dielektryku o tej samej wielkości.
kondensator jest określony przez formułę
Przy rezystancji czynnej napięcie U act i prąd I pokrywają się w fazie. Przy rezystancji pojemnościowej napięcie U c pozostaje w tyle za prądem I o 90 0. Wynikowe napięcie przykładane przez generator do kondensatora określa reguła równoległoboku. To wypadkowe napięcie pozostaje w tyle za prądem I pod pewnym kątem φ zawsze poniżej 90 0.
Uzyskanej rezystancji kondensatora nie można znaleźć sumując wartości jego rezystancji czynnej i pojemnościowej. Odbywa się to za pomocą formuły
Spis treści:Jednym z głównych urządzeń w elektronice i elektrotechnice jest kondensator. Po zamknięciu obwodu elektrycznego rozpoczyna się ładowanie, po którym natychmiast staje się źródłem prądu i napięcia siła elektromotoryczna - EMF. Jedną z głównych właściwości kondensatora jest bardzo dokładne odzwierciedlenie wzoru pojemności. Zjawisko to występuje w wyniku przeciwdziałania EMF skierowanemu przeciwko źródłu prądu używanemu do ładowania. Obecne źródło może przezwyciężyć oporność pojemnościową tylko przez znaczne wydatki własnej energii, która staje się energią pola elektrycznego kondensatora.
Kiedy urządzenie jest rozładowywane, cała ta energia jest zwracana z powrotem do obwodu, zamieniając się w energię prądu elektrycznego. Dlatego rezystancję pojemnościową można przypisać reaktywności, nie powodując nieodwracalnych strat energii. Kondensator jest ładowany do poziomu napięcia, który jest podawany do źródła zasilania.
Kondensatory są jednymi z najczęstszych elementów stosowanych w różnych obwody elektroniczne. Są one podzielone na typy, które mają charakterystyczne cechy, parametry i indywidualne właściwości. Najprostszy kondensator składa się z dwóch metalowych płyt - elektrod oddzielonych warstwą dielektryka. Każdy z nich ma własne wyjście, przez które jest podłączony do obwodu elektrycznego.
Istnieją właściwości związane tylko z kondensatorami. Na przykład absolutnie nie przekazują bezpośrednio prądu, chociaż są od niego pobierane. Po pełnym naładowaniu zbiornika prąd zostaje całkowicie zatrzymany, a wewnętrzny opór urządzenia przyjmuje nieskończenie dużą wartość.
Zupełnie inny efekt na kondensatorze, swobodnie przepływa przez zbiornik. Stan ten tłumaczy się ciągłymi procesami ładowania i rozładowania ogniwa. W tym przypadku działa nie tylko czynna rezystancja przewodników, ale również pojemność samego kondensatora, która występuje w wyniku stałego ładowania i rozładowywania.
Parametry elektryczne i właściwości kondensatorów mogą się różnić w zależności od różnych czynników. Przede wszystkim zależą one od wielkości i kształtu produktu, a także od rodzaju dielektryka. Papier, powietrze, plastik, szkło, mika, ceramika i inne materiały mogą służyć w różnego rodzaju urządzeniach. W kondensatory elektrolityczne Używa się elektrolitu aluminiowego i elektrolitu tantalowego, co zapewnia im zwiększoną pojemność.
Nazwy innych pierwiastków określają materiały zwykłych dielektryków. Dlatego są klasyfikowane jako papierowe, ceramiczne, szklane itp. Każdy z nich, zgodnie z charakterystyką i właściwościami, wykorzystywany jest w określonych obwodach elektronicznych o różnych parametrach prądu elektrycznego.
W związku z tym wniosek kondensatory ceramiczne Jest to konieczne w tych obwodach, w których wymagane jest filtrowanie zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Natomiast urządzenia elektrolityczne filtrują zakłócenia, gdy niskie częstotliwości. Jeśli połączysz równolegle oba typy kondensatorów, otrzymasz uniwersalny filtr, szeroko stosowany we wszystkich obwodach. Pomimo tego, że ich pojemność jest wartością stałą, istnieją urządzenia o zmiennej pojemności, które osiąga się poprzez regulacje wynikające ze zmiany wzajemnego zachodzenia na siebie płytek. Typowym przykładem są kondensatory do regulacji stosowane podczas dostosowywania sprzętu elektronicznego.
Po włączeniu kondensatora w obwodzie stałoprądowym przez krótki czas będzie prąd płynący wzdłuż obwodu prądu ładowania. Pod koniec ładowania, gdy napięcie kondensatora jest zgodne z napięciem źródła prądu, prąd krótkotrwały w obwodzie zostanie zatrzymany. Zatem całkowicie przy stałym prądzie będzie rodzaj otwartego obwodu lub oporu o nieskończenie dużej wartości. W AC kondensator zachowuje się zupełnie inaczej. Jego ładowanie w takim obwodzie odbywa się naprzemiennie w różnych kierunkach. Prąd przemienny w obwodzie nie jest w tym czasie przerywany.
Bardziej szczegółowe badanie tego procesu wskazuje na zerową wartość napięcia w kondensatorze w momencie jego włączenia. Po otrzymaniu go napięcie przemienne sieć zacznie się ładować. W tym czasie napięcie sieci wzrośnie w ciągu pierwszego kwartału tego okresu. Ponieważ płyty gromadzą ładunki, wzrasta napięcie samego kondensatora. Po osiągnięciu maksymalnego napięcia sieci pod koniec pierwszego kwartału tego okresu ładowanie zostaje przerwane, a wartość prądu w obwodzie staje się zerowa.
Istnieje wzór do wyznaczania prądu w obwodzie kondensatora: I = Δq / Δt, gdzie q to ilość prądu przepływającego przez obwód przez okres czasu t. Zgodnie z prawami elektrostatyki, ilość energii elektrycznej w urządzeniu będzie wynosić: q = C x Uc = C x U. W tym wzorze C będzie pojemnością kondensatora, U jest napięciem sieci, Uc jest napięciem na płytkach elementu. W ostatecznej formie aktualna formuła w obwodzie będzie wyglądała następująco: i = C x (ΔUc / Δt) = C x (ΔU / Δt).
Kiedy pojawi się drugi kwartał tego okresu, napięcie sieciowe spadnie, a kondensator zacznie się rozładowywać. Prąd w obwodzie zmieni kierunek i popłynie w przeciwnym kierunku. W następnej połowie okresu zmieni się kierunek napięcia sieciowego, element zostanie naładowany, a następnie zacznie ponownie się rozładowywać. Obecny prąd w obwodzie o pojemności kondensatora będzie wyprzedzał fazę napięcia na płytkach o 90 stopni.
Ustalono, że zmiany prądu kondensatora występują z prędkością proporcjonalną do częstotliwości kątowej ω. Dlatego też, zgodnie ze znaną formułą prądu w obwodzie i = Cx (ΔU / Δt), podobnie okazuje się, że efektywna wartość prądu będzie również reprezentować proporcję między szybkością zmiany napięcia i częstotliwością kątową ω: I = 2π xfx C x U .
Wówczas nie jest łatwo ustawić wartość pojemności lub reaktancji pojemności: xc = 1 / 2π x f x C = 1 / ω x C. Parametr ten jest obliczany, gdy pojemność kondensatora jest podłączona do obwodu prądu przemiennego. Dlatego, zgodnie z prawem Ohma w obwodzie prądu przemiennego z włączonym kondensatorem, wartość natężenia prądu jest następująca: I = U / xc, a napięcie na płytkach wynosi: Uc = Ic x xc.
Część napięcia sieciowego przypadająca na kondensator, nazywana pojemnościowym spadkiem napięcia. Jest również znany jako termin napięcia biernego, oznaczony symbolem Uc. Wartość pojemności xc, a także wartość rezystancji indukcyjnej xi, jest bezpośrednio związana z częstotliwością prądu przemiennego.
DEFINICJA
SkraplaczW najprostszym przypadku składa się z dwóch metalowych przewodów (płytek), które są oddzielone warstwą dielektryka. Każda z płytek kondensatora ma swój własny bolec i może być podłączona do obwodu elektrycznego.
Kondensator charakteryzuje się szeregiem parametrów (pojemność, napięcie robocze i tak dalej), jedną z takich cech jest odporność. Kondensator praktycznie nie traci stałej prąd elektryczny. Oznacza to, że rezystancja kondensatora jest nieskończenie duża dla prądu stałego, ale jest to idealny przypadek. Bardzo mały prąd może przepływać przez prawdziwy dielektryk. Ten prąd nazywany jest prądem upływowym. Prąd upływowy jest wskaźnikiem jakości dielektrycznej, który jest wykorzystywany przy produkcji kondensatora. W nowoczesnych kondensatorach prąd upływu stanowi ułamek mikroampera. Opór kondensatora w tym przypadku można obliczyć za pomocą prawa Ohma dla części obwodu, znając wielkość napięcia, do którego kondensator jest naładowany i prąd upływowy. Ale zwykle przy rozwiązywaniu problemów edukacyjnych, odporność kondensatora prąd stały uważane za nieskończenie duże.
Kiedy kondensator jest włączony w obwodzie z prądem przemiennym, prąd płynie swobodnie przez kondensator. Jest to wyjaśnione bardzo prosto: istnieje proces ciągłego ładowania i rozładowywania kondensatora. Mówi się, że pojemność kondensatora jest obecna w obwodzie, oprócz aktywnego oporu.
Tak więc kondensator, który jest podłączony do obwodu prądu przemiennego, zachowuje się jak rezystancja, to znaczy wpływa na natężenie prądu płynącego w obwodzie. Wartość pojemności jest oznaczana jako, jej wartość jest związana z częstotliwością prądu i jest określona wzorem:
gdzie jest częstotliwość prądu przemiennego; - prąd częstotliwościowy kątowy; C - Pojemność kondensatora.
Jeżeli kondensator jest podłączony do obwodu prądu przemiennego, to nie zużywa on mocy, ponieważ faza prądu jest przesunięta względem napięcia o. Jeśli rozważymy jeden okres oscylacji prądu w obwodzie (T), wówczas następuje: gdy kondensator ładuje (to jest), energia w polu kondensatora jest przechowywana; w następnym przedziale czasowym () kondensator rozładowuje i przekazuje energię do obwodu. Dlatego pojemność jest nazywana reaktywną (bez watów).
Należy zauważyć, że w każdym rzeczywistym kondensatorze realna moc (utrata mocy) jest nadal zużywana, gdy przez nią przepływa prąd zmienny. Dzieje się tak dlatego, że zmiany zachodzą w stanie dielektrycznym kondensatora. Ponadto występuje pewna nieszczelność w izolacji płyt kondensatora, więc istnieje mały opór, który jest połączony równolegle z kondensatorem.
PRZYKŁAD 1
| Zadanie | Obwód oscylacyjny ma rezystancję (R), cewkę indukcyjną (L) i pojemność kondensatora C (ryc. 1). Napięcie zewnętrzne jest do niego podłączone, którego amplituda jest równa, a częstotliwość jest. Jaka jest amplituda prądu w obwodzie? |
| Rozwiązanie | Opór obwodu na rys. 1 składa się z rezystancji czynnej R, rezystancji pojemnościowej kondensatora i rezystancji cewki indukcyjnej. Impedancja Łańcuch (Z), który zawiera powyższe elementy, można znaleźć jako: Prawo Ohma dla naszej części łańcucha można zapisać jako: Wyraź pożądaną amplitudę prądu z (1.2), zamień zamiast Z prawej strony wzoru (1.1), mamy:
|
| Odpowiedź |  |
