Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Змінний електричний струм

Змінний електричний струм

2-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

4. Електромагнітні коливання й хвилі

УРОК 4/46

Тема. Змінний електричний струм

Мета уроку: сформувати в учнів уявлення про змінний струм як вимушені електричні коливання.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань	4 хв.	1. Вільні електромагнітні коливання в коливальному контурі. 2. Перетворення енергії в коливальному контурі. 3. Формула Томсона.
Демонстрації	3 хв.	Спостереження осцилограм змінного струму.
Вивчення нового матеріалу	26 хв.	1. Змінний електричний струм. 2. Як одержувати змінну ЕРС. 3. Генератор змінного струму.
Закріплення вивченого матеріалу	12 хв.	1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Змінний електричний струм

O Змінний струм – електричний струм, що періодично змінюється за модулем і напрямком.

O Вимушені електромагнітні коливання – незатухаючі коливання заряду, напруги, сили струму й інших фізичних величин,

зумовлених ЕРС, що періодично змінюється:

Яскравим прикладом вимушених коливань є змінний струм:

2. Як одержувати змінну ЕРС

Джерело електричної енергії, що створює періодично змінювану ЕРС, називають генератором змінного струму.

Генератором змінного струму може служити дротяна рамка, що обертається в однорідному магнітному полі індукцією з деякою постійною кутовою швидкістю?.

Магнітний потік через рамку Ф = BScos. Залежність кута від часу має вигляд = ?t. Тоді Ф = BScos? t.

Зміна магнітного потоку призводить до виникнення в рамці ЕРС індукції Відповідно до закону електромагнітної індукції Швидкість зміни магнітного потоку? Ф/?t з погляду математики є похідною функції Ф(t), тому

Таким чином, розглянута рамка є джерелом ЕРС, що зазнає гармонічних коливань амплітудою Якщо рамка містить N витків провідника, амплітуда ЕРС збільшується в N разів:

Щоб скористатися отриманою ЕРС, необхідно приєднати рухомі кінці рамки до нерухомих контактів зовнішнього електричного кола. Можна зробити так, щоб металеве кільце від кожного з кінців рамки сковзало по своєму нерухомому контакту (щітки). Тоді щітки можна розглядати як полюси джерела струму. Якщо приєднати до цих полюсів резистор, опір R якого в багато разів перевищує опір рамки й контактів, напруга на ньому дорівнюватиме ЕРС у рамці u(t) = ?NBSsin? t, а сила струму в резисторі буде:

На рисунку показаний графік залежності сили струму від часу (Imax = ?NBS).

Період змінного струму: частота:

3. Генератор змінного струму

Найпростіший генератор змінного струму являє собою металевий сердечник, у пази якого вкладена обмотка. Кінці обмотки з’єднані з кільцями. Сердечник з обмоткою обертається в магнітному полі нерухомого постійного магніту або електромагніту. Обертову частину генератора називають ротором, нерухому – статором.

Швидкість обертання ротора можна зменшити, якщо використати електромагніт, що має кілька пар магнітних полюсів. Частота v змінного струму пов’язана із частотою обертання ротора генератора vmax співвідношенням: v = pvmax, де p – кількість пар магнітних полюсів генератора.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. За яких умов в електричному колі виникають вимушені електромагнітні коливання?

2. Яке явище використовують під час виробництва електроенергії на електростанціях?

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

Другий рівень

1. Яка енергія перетворюється в електричну енергію?

2. На якому явищі заснована дія генераторів електричного струму?

3. Чому під час рівномірного обертання рамки в постійному магнітному полі в ній індукується не постійний, а змінний струм?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

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

2. Що обертають на генераторах електростанцій – рамки чи магніти? Чим це обумовлено?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. ЕРС змінного струму задана рівнянням e = 100sin20T. Визначте частоту й період струму.

2. Дротяна прямокутна рамка розміром 20 х 30 см, що має 20 витків мідного проводу діаметром 1 мм, перебуває в однорідному магнітному полі індукцією 0,5 Тл. Рамку замикають на резистор опором 6,6 Ом і починають обертати із частотою 10 об/с. Визначте максимальну силу струму, що виникає в рамці.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Змінний струм – електричний струм, що періодично змінюється за модулем й напрямком.

– Вимушені електромагнітні коливання – незатухаючі коливання заряду, напруги, сили струму й інших фізичних величин, зумовлених ЕРС, що періодично змінюється: