Принцип действия электрогенератора. Переменный ток.
Будем вращать рамку из проводника в однородном магнитном поле,тогда, магнитный поток, через площадь, ограниченную рамкой будет меняться, т. к. будет меняться угол α, между вектором магнитной индукции и вектором n, и в рамке возникнет индукционный ток.
Этот ток будет меняться по гармоническому закону, т. е. по закону sin или cos.
i = Im Sin ωt или i = Im Соs ωt
Период Т переменного тока- это наименьший промежуток времени, через который значение силы тока повторяются, половину периода ток имеет положительное направление, т. е. течет в оду сторону по рамке, а вторую половину периода имеет отрицательное значение, т. е . течет в другую сторону. Причем величина тока все время меняется от 0 до Im , от Im до 0.
Ток, изменяющийся по величине и по направлению, называют переменным электрическим током.
ν = 1/Т – частота переменного тока, показывает сколько полных колебаний совершает ток за 1 секунду.
Ток с частотой 50 Гц называется промышленным током стандартной частоты. Именно такой током мы пользуемся в быту.
Т = 1/ν = 1/50Гц = 0, 02 с. Таким образом ток в наших квартирах за 0,02 секунды дважды меняет своё направление, дважды достигает максимального значения и дважды становится равным нулю.
Только благодаря большой частоте тока мы не замечаем, что 100 раз в секунду тока в цепи нет.
ω = 2πν – циклическая частота тока, показывает сколько полных колебаний совершает ток за
6, 28 секунды.
Переменный электрический ток получают с помощью генераторов переменного тока. Наиболее распространен механический индукционный генератор переменного тока.
Он преобразует механическую энергия в энергию электрического тока, используя явление ЭМИ.
Состоит из ротора – вращающаяся часть генератора и статора – неподвижная часть генератора.
В маломощных генераторах ротор – это рамки, уложенные в пазы стального сердечника.
Статор – это магниты (электромагниты), создающие магнитное поле. Ток от вращающихся рамок отводится с помощью скользящего контакта( щетки и коллектор).В мощных генераторах ротором являются магниты( индуктор), а рамки являются статором. Это сделано для того, чтобы в мощных генераторах при снятии высокого напряжения с рамок не возникало искрение. Для получения тока промышленной частоты, ротор при одной паре магнитов (одной паре полюсов) надо вращать с очень большой скоростью.
Будем вращать рамку из проводника в однородном магнитном поле с угловой скоростью ω.
Тогда, магнитный поток, через площадь, ограниченную рамкой будет меняться, т. к. будет меняться угол α, между вектором магнитной индукции и вектором n, в рамке возникнет индукционный ток.
α = ωt – закон по которому меняется угол. Если в начальный момент времени, рамка была перпендикулярна полю, т. е. α0 =00, Cos α =1 и Ф = Фmто: Ф = BS Cos α = BSCos ωt – магнитный поток в данный момент времени( мгновенный магнитный поток), где BS = Фm – максимальный магнитный момент (амплитуда магнитного потока), ωt = φ – фаза магнитного потока. Т. к. магнитный поток изменяется, то в рамке возникнет индукционный ток. Магнитный поток изменяется по закону СОS (по гармоническому закону), следовательно напряжение на концах рамки меняется тоже по закону СОS и сила индукционного тока в рамке тоже будет меняться по гармоническому закону, т. е по закону Sin или Сos. i = Im Sin (ωt + φс) – сила тока в данный момент времени ( мгновенная сила тока), где Im – максимальное значение тока( амплитуда тока). φ = ωt + φ0 – фаза тока, φс – сдвиг фаз между изменениями силы тока и напряжения. Переменный электрический ток – это пример вынужденных электромагнитных колебаний, т. е. периодических изменений силы тока и напряжения в электрических цепях происходящих за счет внешней периодически изменяющейся ЭДС.
Ф = BSCos ωt – мгновенный магнитный поток через площадь, ограниченную рамкой.
еi = - N Ф/ = NBSω Sin ωt – мгновенное значение ЭДС индукции.
NBSω = Еm – максимальное значение ЭДС индукции (амплитуда ЭДС). Если рамка не замкнута на внешнюю цепь, то на концах рамки возникает разность потенциалов (напряжение). Причем , если ЭДС меняется по закону Sin, то и напряжение на концах рамки тоже будет меняться по закону Sin : u = Um Sin ωt- мгновенное напряжение на выводах рамки. Фаза силы тока в цепи рамки может не совпадать с фазой напряжения на рамке, т.е. i = ImSin (ωt +φс), где φс – разность фаз (сдвиг фаз) силы тока и напряжения.
Сила тока в цепях переменного тока постоянно меняется. Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующее значение силы тока, действующее значение напряжения, действующее значение ЭДС индукции.
Действующее значение связано с амплитудным значением простым соотношением:
I = Im/√2 – действующее значение силы тока.U = Um/√2 – действующее значение напряжения.
Е = Еm/√2 – действующее значение ЭДС.
Действующим значением силы переменного тока, называют такое значение постоянного тока, при прохождении которого по данной цепи, в ней выделяется столько же энергии, сколько выделяется при прохождении данного переменного тока.
р = i u – мгновенное значение мощности. Р = UI Cosφс – мощность переменного тока на участке цепи, φс – разность фаз (сдвиг фаз) между изменениями силы тока и напряжения на данном участке.
3.Решите задачу: какой была начальная скорость поезда, если через 4 секунды, двигаясь с ускорением 0,6 м/с 2, поезд достиг скорости 63 км/ч?
Решение: при равноускоренном движении скорость, полученная телом через промежуток времени v= v0+at. После вычислений получаем значение начальной скорости v0 = 15,1 м/с.
Билет №8