Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Активний опір у колі змінного струму

Активний опір у колі змінного струму

2-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

4. Електромагнітні коливання й хвилі

УРОК 5/47

Тема. Активний опір у колі змінного струму

Мета уроку: розглянути фазові співвідношення між струмом і напругою в колі змінного струму активного опору.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань	5 хв.	1. Вільні електромагнітні коливання в коливальному контурі. 2. Формула Томсона. 3. Змінний електричний струм. 4. Генератор змінного струму.
Демонстрації	2 хв.	Резистор у колі змінного струму.
Вивчення нового матеріалу	26 хв.	1. Активний опір. 2. Діючі значення сили струму й напруги. 3. Потужність у колі змінного струму.
Закріплення вивченого матеріалу	12 хв.	1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Активний опір

Вивчаючи постійний струм, ми дізналися, що всі провідники мають електричний опір. Провідники чинять опір і змінний струм, однак у колах змінного струму існують різні види опорів: активні

й реактивні опори.

O Елемент електричного кола, у якому електрична енергія незворотно перетворюється у внутрішню енергію, називають активним опором R.

Нехай коло складається зі з’єднувальних проводів і має навантаження малої індуктивності й значного опору R. Будемо вважати, що напруга на полюсах джерела струму змінюється за законом: u = Umaxcos? t.

Як і у випадку постійного струму, миттєве значення сили струму прямо пропорційно миттєвому значенню напруги. Тому для знаходження миттєвого значення сили струму можна застосувати закон Ома:

У провіднику активного опору коливання сили струму за фазою збігаються з коливаннями напруги, а амплітуда сили струму визначається рівністю:

2. Діючі значення сили струму й напруги

З поняттями миттєвого й амплітудного значення струму, напруги й ЕРС ми вже обізнані. Постає питання, яке значення сили струму або напруги прийняти для характеристики цього струму. Адже миттєве значення змінного струму увесь час змінюється, коливаючись між нулем і максимальним значенням. Можна було б схарактеризувати величину змінного струму його амплітудою. Це в принципі можливо, але практично дуже незручно, тому що складно побудувати такі прилади, які вимірювали б амплітуду змінного струму.

Середнє значення сили струму за період дорівнює нулю й також не може служити його характеристикою. Справді, якщо увімкнути амперметр постійного струму в коло змінного струму, то він покаже нуль.

Зручно використовувати для характеристики змінного струму яку-небудь властивість, що не залежить від напрямку струму. Такою властивістю є, наприклад, теплова дія струму. Оскільки Q = I2Rt, то вже середнє значення квадрата сили струму за період не дорівнює нулю.

Нехай сила струму змінюється за законом Тоді можна записати: З урахуванням можна записати: Середнє значення косинуса за період дорівнює нулю, отже, Таким чином, у випадку синусоїдального струму діюче значення струму пов’язане з амплітудою в такий спосіб:

Діюче значення сили змінного струму дорівнює силі такого постійного струму, що виділить у провіднику ту саму кількість теплоти, що й змінний струм за той самий час. Аналогічно:

Шкали вимірювальних приладів змінного струму градуюють саме в діючих значеннях. У паспортах електротехнічних машин, апаратів і приладів змінного струму зазначені діючі значення сили струму й напруги.

3. Потужність у колі змінного струму

Потужність постійного струму можна обчислити за формулою:

P = I2R.

Визначимо середнє значення pcp потужності змінного струму. Миттєву потужність можна визначити за формулою p = i2R. Тоді Звідси:

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Які енергетичні перетворення відбуваються в колах змінного струму, що містять тільки активний опір?

2. Чому ми не помічаємо мерехтіння лампочок, увімкнених в освітлювальну мережу змінного струму?

Другий рівень

1. Чи можна виміряти чутливим електрометром напругу в колі змінного струму?

2. Амперметр, увімкнений у коло змінного струму, показує 1 А. Яке амплітудне значення сили цього струму?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чи можна в коло змінного струму напругою 220 В вмикати конденсатор, пробивна напруга якого 250 В?

2. У який момент часу від початку коливання миттєве значення змінного струму дорівнює його діючому значенню?

3. В освітлювальних колах змінного струму застосовують напруги 220 і 127 В. На які напруги може бути розрахована ізоляція в цих колах?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Напруга в мережі змінюється за законом u = 310sin? t. Яка кількість теплоти виділиться за 1 хв. в увімкненій у цю мережу електричній плитці активного опору 60 Ом?

2. На ділянці кола активного опору 900 Ом сила струму змінюється за законом i = 0,5sin100T (А). Визначте: діючі значення сили струму й напруги; потужність, що виділяється на ділянці. Запишіть рівняння залежності u(t).

3. На рисунку наведений графік залежності напруги в мережі від часу. За який час закипить вода в чайнику, що містить 1,5 л води, якщо опір нагрівального елемента чайника 20 Ом, ККД чайника 72 %, а початкова температура води 20 °С?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Елемент електричного кола, у якому електрична енергія необоротно перетворюється у внутрішню, називається активним опором.

– У провіднику активного опору коливання сили струму за фазою збігаються з коливаннями напруги, а амплітуду сили струму визначають рівністю:

– Діюче значення сили змінного струму дорівнює силі такого постійного струму, що виділить у провіднику ту саму кількість теплоти, що й змінний струм за той самий час: