Как поступить
в Онлайн-школу №1 и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Переменный ток. Источник переменного тока

Электромагнитные колебания и волны

Переменный ток. Источник переменного тока

План урока

  • Определение переменного тока
  • Принцип действия источника переменного тока
  • Пример решения задачи

Цели урока

  • Знать определение и преимущества переменного тока
  • Знать принцип действия источника переменного тока
  • Уметь решать задачи на нахождение амплитуды колебаний ЭДС и определение частоты колебаний

Разминка

  • Какие процессы протекают в колебательном контуре при гармонических колебаниях?
  • Как изменяется сила тока в контуре при гармонических колебаниях?
  • В чем преимущество переменного тока в сравнении с постоянным?

Определение переменного тока

 

Принято различать ток постоянный, который не меняется по силе с течением времени, и переменный, который может изменять значение силы тока с течением времени. Электросети городских квартир и промышленных объектов питаются переменных током.


Электрический ток, сила которого с течением времени изменяется по модулю и направлению по гармоническому закону, называют  переменным.


Строго говоря, любой ток, сила которого изменяется с течением времени, можно назвать переменным. Однако, наиболее распространенным из переменных токов является ток, сила которого изменяется по гармоническому закону. Поэтому переменным мы будем называть именно такой ток.

 

Принцип действия источника переменного тока

 

Чтобы понять, на чем основан принцип действия источника переменного тока, рассмотрим прямоугольную проволочную рамку, помещенную в однородное магнитное поле (Рис. 1).

Рис. 1. Вращение рамки в однородном магнитном поле Рис. 1. Вращение рамки в однородном магнитном поле

Пусть вектор индукции магнитного поля равен B, площадь поверхности ограниченной рамкой, равна Sа угол между вектором B и перпендикуляром n к плоскости рамки равен φ. Тогда поток магнитной индукции Φ, пронизывающий контур равен:

 

Φ=B·S·cosφ           (1)

 

Будем равномерно вращать рамку вокруг оси ОО с угловой скоростью ω. Тогда угол φ будет изменяться по закону:

 

φ=φ0+ω·t                           (2)

 

где φ0 – значение угла при t=0. В этом случае поток магнитной индукции Φ также будет изменяться. А уравнение (1) с учетом (2) примет вид:

 

Φ=B·S·cos(ω·t+φ0)                     (3) 

 

Изменение с течением времени магнитного потока Φ, согласно закону электромагнитной индукции, приводит к возникновению в рамке ЭДС, равной: 

 

ε=-Φ˙           (4)

 

Подставив уравнение (3) в (4) получим:

 

ε=B·S·ω·sin(ω·t+φ0)=εm·sin(ω·t+φ0),          (5)

 

Где εm=B·S·ω – амплитуда ЭДС.


Таким образом, в проволочной рамке, которая равномерно вращается вокруг оси, перпендикулярной индукции однородного магнитного поля, возникает ЭДС, изменяющаяся с течением времени по гармоническому закону. Следовательно, такую рамку можно использовать в качестве источника переменного тока.


Если концы образующего рамку провода подсоединить через кольца и щетки к электрической лампочке, то в результате действия изменяющейся по гармоническому закону ЭДС индукции в образовавшейся цепи установятся  вынужденные электромагнитные колебания.  В цепи установится переменный ток. Проводя аналогию с механическими колебаниями, можно сказать, что действие переменной ЭДС на электрическую цепь сходно с действием гармонической вынуждающей силы на механическую колебательную систему.

 

Для увеличения амплитуды ЭДС индукции, помимо увеличения площади рамки и модуля индукции магнитного поля, можно использовать рамку из нескольких витков провода. В этом случае уравнение (3) принимает вид: Φ=N·B·S·cos(ω·t+φ0), где N – число витков провода.

 

Соответственно, амплитуда ЭДС тоже пропорциональна N:

 

      εm=N·B·S·ω.                         (6)

 

Пример решения задачи


Пример 1

 

Проволочная рамка, состоящая из 10 витков площадью 5 см2 каждая, равномерно вращается с циклической частотой 50 рад/с вокруг своей оси, которая перпендикулярна вектору индукции однородного магнитного поля. В рамке индуцируется ЭДС амплитуда которой равна 0,5 В.  Определите модуль индукции магнитного поля. 


Решение

 

1. Для нахождения модуля вектора магнитной индукции нам понадобится формула (6):  εm=N·B·S·ω.

2. Выразим из формулы магнитную индукцию: B=ΕmN·S·ω.

3. Подставим данные и посчитаем:

 

   B=0,5 B10·5·10-4 м2·50 рад/с=2 Тл.

 

Ответ: 2 Тл.


Упражнение 1

 

1. Одновитковая проволочная рамка площадью S=10 см2 равномерно вращается с периодом T=0,1 с вокруг своей оси, которая перпендикулярна вектору индукции B=2 Тл. Сопротивление провода рамки достаточно велико. Определите амплитуду колебаний ЭДС.

2. Проволочная рамка площадью 5 см2, состоящая из 100 витков, равномерно вращается вокруг своей оси, перпендикулярной вектору индукции однородного магнитного поля. Модуль индукции B=1 Тл. Сопротивление провода рамки достаточно велико. Определите частоту вращения рамки, если амплитуда колебаний ЭДС индукции равна 1 B.   


Контрольные вопросы

 

1. Какой электрический ток называют переменным?

2. На чем основан принцип действия источника переменного тока?

3. При каких условиях в проволочной рамке возникает ЭДС индукции, изменяющаяся по гармоническому закону? 


Ответы

Упражнение 1

 

1. 0,13 В

2. 3,18 Гц


Мощность в цепи переменного тока

Электромагнитные колебания и волны
  • В поисках путей модернизации. Европа меняющаяся

    История

  • Повседневная жизнь и мировосприятие человека XIX века

    История

  • Век демократизации. «Великие идеологии»

    История