Вимушені електромагнітні коливання
ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ.
Вынужденными коливаннями називають такі коливання, які викликаються дією на систему зовнішніх сил, періодично змінюються з часом. Що стосується електромагнітних коливань такий зовнішньої силою є періодично постійно змінювана э.д.с. джерела струму.
Отличительные особливості змушених коливань: змушені коливання - невщухаючі коливання; частота змушених коливань дорівнює частоті зовнішнього періодичного на колебательную систему, тобто., у разі, дорівнює частоті зміни э.д.с. джерела струму.
Амплітуда змушених коливань залежить від частоти зміни э.д.с. джерела струму. Для змушених коливань характерно явище електричного резонансу, у якому амплітуда змушених коливань стає максимальної. Цю фізичну явище спостерігається при збігу частоти зміни э.д.с. джерела струму зі своєю частотою коливань даного контуру, тобто.:
, (1)
де: і - миттєве значення струму, тобто. його значення в останній момент часу t = 0;
J0 - амплітудний чи максимальне значення сили струму;
w - частота зміни струму, чисельно рівна частоті зміни э.д.с. джерела струму.
Мгновенным чи амплитудным значеннями струму і напруження практично користуватися незручно. Амперметры і вольтметри у ланцюги змінного струму вимірюють звані чинні чи ефективні значення змінного струму, пов'язані з амплитудными значеннями струму по формулам:
, (4)
. (5)
Чинними значеннями сили струму і напруження змінного струму називають значення цих величин для такого постійного струму, який тому самому активному опір виділяє під час, однакову періоду Т змінного струму, стільки ж теплоти, як і цей перемінний струм.
Джерелом змінного струму є генератор змінного струму, фізичний принцип дії якого грунтується на рівномірному обертанні з кутовий швидкістю w пласкою рамки площею P.S, що з N витків, в однорідному магнітному полі з індукцією У. У цьому рамку пронизує перемінний магнітний потік:
, (6)
де: Ф0 - максимальне значення магнітного потоку;
a - кут між нормалью до рамці і вектором магнітної індукції У;
w - кутова швидкість обертання рамки.
Відповідно до Закону електромагнітної індукції, на тлі буде збуджуватиметься миттєве значення э.д.с., змінюється згідно із законом:
, (7)
де: e - миттєве значення э.д.с.;
e0 - амплітудний значення э.д.с.;
w - кутова швидкість обертання рамки.
У випадку ланцюг змінного струму є коливальний контур:
Напруга на затисках джерела струму U змінюється по гармонійного закону із частотою зміни э.д.с. генератора змінного струму.
Існує принципова різниця електричного опору ланцюга змінного струму проти електричним опором ланцюга постійного струму, що з перетвореннями електричної енергії до інших види енергії.
Устройства, у яких електрична енергія цілком і необоротно перетворюється на решта видів енергії, називають активними навантаженнями, а електричні опору цих пристроїв - активними опорами. У ланцюзі постійного струму існує лише активні навантаження.
Устройства, у яких немає необоротного перетворення електричної енергії до інших види енергії, називають реактивними навантаженнями, які опору - реактивними опорами. Реактивные опору у ланцюзі змінного струму мають конденсатор і котушка індуктивності, які, відповідно називають емкостным xc опором і індуктивним опором xL. У цьому конденсатор має сенс тільки реактивне опір, а котушка індуктивності, крім реактивного опору, має ще активним опором. Реактивные опору обчислюються по формулам:
, (8)
, (9)
де: З - ємність конденсатора;
L - индуктивность котушки;
w - частота зміни э.д.с. джерела струму.
Якщо ланцюга змінного струму реактивної навантаження немає або її опір пренебрежимо мало проти активним опором ланцюга, то коливання сили струму збігаються за фазою з коливаннями напруження і походять з частотою і фазою коливань э.д.с. джерела струму:
, (10)
, (11)
. (12)
Ланцюг змінного струму, яка містить конденсатора й активна опір якої мізерно мало проти індуктивним опором, називається ланцюгом змінного струму з індуктивним опором. У такій ланцюга коливання напруги на котушці випереджає коливання сили струму на
Схожі реферати
Статистика