Prezentace o fyzice střídavého proudu. Prezentace na téma Střídavý elektrický proud (11. ročník). Upevnění a zobecnění nového materiálu
Prezentaci sestavil učitel fyziky z MKOU VSOSH č. 2 při obci IK. Chuguevka od Murzagildiny Lyudmila Borisovna 2016 Cíle lekce: 1. Pokračovat v rozvíjení představ o harmonických elektromagnetických oscilacích, nucených elektromagnetických oscilacích a typech odporu v obvodu střídavého proudu. 2. Rozvíjejte kognitivní zájmy studentů na toto téma prostřednictvím různých informačních zdrojů: učebnice, prezentace, tabulky. 3. Naučte se v probírané látce najít užitečné a potřebné věci. Aktualizace znalostí. 1. Jaké kmity se nazývají harmonické? Oscilace nastávající podle zákona sinusového nebo kosinusového. 2. Uveďte definici elektromagnetického kmitání. Procesy v elektrických obvodech, ve kterých se periodicky mění náboj, proud, napětí a emf. 3. Proč se volné elektromagnetické kmity tlumí? Volné elektromagnetické vibrace jsou tlumeny díky odporu. 4. Uveďte vzorec pro periodu elektromagnetických kmitů. 5. Vyjmenujte soustavu, ve které dochází k elektromagnetickým oscilacím. Řešení úloh na téma „Elektromagnetické kmity“. 1. Náboj q na deskách kondenzátoru oscilačního obvodu se v čase mění v souladu s rovnicí q = 5٠10-4cos 103πt. Jaká je amplituda kmitů náboje, fáze kmitání a počáteční fáze náboje? Amplituda - 5٠10- 4 Fáze nábojových oscilací - 103πt Počáteční fáze =0 Řešení úloh na téma „Elektromagnetické oscilace“. 2.Které z uvedených zařízení nutně patří do obvodu stejnosměrného proudu a obvodu oscilačního? Přiřaďte pozici prvního sloupce k požadované pozici z druhého. Výsledná čísla zapište do tabulky pod příslušná písmena. A) Stejnosměrný obvod 1. Ampérmetr B) Oscilační obvod 2. Zdroj proudu A 3. Kondenzátor 4. Magnet B Odpověď na problém: A B 2 3 Studie nové téma naše lekce" Střídavý proud. Odpor v obvodu střídavého proudu" Elektrický proud, který v čase mění svou velikost a směr, se nazývá střídavý proud. Naším úkolem je během hodiny zkontrolovat: - střídavý proud je nucené kmitání; - že v průběhu času proud mění svůj směr a velikost. "Proud prochází dráty a není nikdy vidět." Rozsvítí žárovky a oživí spotřebiče.“ Jakov Byl „Válka proudů“ V historii existovalo období, které je známé pod krycím názvem „válka proudů“. Hlavní herci pak to byli známí Nikola Tesla a Thomas Edison. Nikola Tesla viděl potenciál a pohodlí střídavého proudu. A Edison trval na tom, že by se měla používat konstantní elektřina (tento pohled byl v té době obecně přijímaný). Edison dokonce pořádal veřejné demonstrace, které byly dost brutální. Faktem je, že střídavý proud, navzdory svým výhodám, představuje velké nebezpečí pro živé bytosti. Thomas Edison využil této skutečnosti k vytvoření strachu a nedůvěry v Teslovy myšlenky mezi lidmi: veřejně zabíjel zvířata pomocí střídavého proudu. Jednou dokonce předvedli ukázku na slonovi: pár sekund - a mocné zvíře padlo mrtvé. Z historie Prvním zdrojem elektřiny v naší době byl elektrostatický generátor, který v roce 1663 vynalezl starosta Magdeburgu Otto von Guericke. Co je tedy střídavý proud? Síla proudu a napětí se mění podle harmonického zákona a kmitočet kmitů je určen frekvencí zdroje proudu připojeného k obvodu (50 Hz) Jak vytvořit střídavé napětí a střídavý proud? Střídavé napětí a proud v síti jsou vytvářeny generátory střídavého proudu v elektrárně. Generátor střídavého proudu Standardní frekvence průmyslového proudu je 50 Hz - to znamená, že za 1 sekundu proud změní svůj směr 50x. Co se děje v alternátoru? Zjistili jsme, že 1. Magnetický tok F procházející obvodem cívky se mění ve velikosti a směru. Ф = V S cos ωt 2. Proud indukovaný v cívce se mění ve velikosti a směru. i = Im sin (ωt+φ₀) 3. Kolísání napětí a proudu se liší ve fázi kmitání (φ₀). u = Um cos ωt Jakou roli hrají odpory v obvodu střídavého proudu? Do obvodu střídavého proudu lze zařadit elektrické odpory - odpory, indukční a kapacitní reaktance (oscilační obvod). Rezistory mají odpor R (aktivní odpor), induktor s indukčností L - X L (indukční reaktance) a kondenzátor s kapacitou C - X C (kapacitní reaktance). Aktivní odpor v obvodu střídavého proudu. Zjistili jsme tedy, že proud a napětí v obvodu střídavého proudu s činným odporem kolísají v U jedné fáze a činný odpor R = m I m Kapacita v obvodu střídavého proudu Zjistili jsme, že: 1. Neprochází stejnosměrný proud kondenzátor. 2. Kondenzátor poskytuje odpor střídavému proudu. Vzorec kapacity Indukčnost v obvodu střídavého proudu Zjistili jsme, že: 1. Při konstantním proudu má cívka malý činný odpor (tedy je to rezistor) a změna její indukčnosti nemá vliv na její odpor. 2. U střídavého proudu platí, že čím větší je indukčnost cívky, tím větší je indukční reaktance. 3. Indukční reaktance Víme tedy, že pokud obvod střídavého proudu obsahuje aktivní odpor R = 1 X C = C a indukční reaktanci X = ωL, pak L je kapacitní reaktance, můžeme zjistit celkový odpor obvodu střídavého proudu Z: , Shrnutí lekce: 1. Naučili jsme se, co je to střídavý proud a jeho charakteristiky, které se mění podle harmonického zákona: Ф = BS cos ωt; i= Imsin (ωt+φ₀); u = Um cos ωt. 2. Obvod střídavého proudu může obsahovat tři typy odporu: L 1 R – aktivní; X = - kapacitní; С С Х L = ωL – induktivní. 3. Naučili jsme se vzorec, podle kterého se vypočítá celkový odpor v obvodu střídavého proudu: Z = √ R² + (X L- X C)² Doplnění tématu lekce: 1. Proč nepoužívají střídavý proud frekvence 10 - 15 Hz pro osvětlení? Světla budou blikat. Oko vnímá frekvenci 10 Hz jako blikání. 2. Do elektrického obvodu je zapojena cívka, kterou nejprve prochází stejnosměrný proud, poté střídavý proud stejného napětí. V jakém případě se bude cívka více zahřívat? Zaprvé. Cívka pro střídavý proud bude mít také reaktanci. Proto je ve druhém případě proud menší, a tudíž i tvorba tepla je menší. 3. Jak se změní záře lampy, pokud je kondenzátor rozbitý a obvod je v tomto místě uzavřen? Každý kondenzátor má odpor, pokud tento odpor odstraníme, lampa zvýší intenzitu. 4. Střídavý obvod obsahuje rezistor s R = 5 Ohmů, kondenzátor s odporem XC = 6 Ohmů a induktor s odporem XL = 18 Ohmů. Najděte celkový odpor obvodu. Dáno: Řešení: R=5Ohm Z= √R²+(XL -Xc)² XC=6Ohm Z=√25Ohm²+(18Ohm-6Ohm)² XL=18Ohm =√25Ohm²+144Ohm² ________ =13 Ohmů. Z-? Samostatná práce (test) na téma „Střídavý proud“. čas 5-7 min. Reflexe: 1. Dnes jsem se dozvěděl, že... 2. Překvapila mě uvedená fakta o... 3. Zajímalo mě dozvědět se, že... 4. Bylo pro mě těžké pochopit... 5. I lekce se líbila...
Povolit efekty
1 z 18
Zakázat efekty
Zobrazit podobné
Vložit kód
V kontaktu s
Spolužáci
Telegram
Recenze
Přidejte svou recenzi
Snímek 1
Snímek 2
Dnes v lekci: Střídavý elektrický proud. Rezistor ve střídavém obvodu. Efektivní hodnoty napětí a proudu. Napájení v obvodu střídavého proudu.
Snímek 3
Jak by žila naše planeta, jak by na ní žili lidé bez tepla, magnetů, světla a elektrických paprsků? Adam Mickiewicz
Snímek 4
Škrabka na brambory Stroj na vytírání Elektrický mlýnek na maso Mísící stroj na těsto Kráječ chleba
Snímek 5
Elektrický proud, jehož velikost a směr se v čase mění, se nazývá střídavý. Střídavý elektrický proud je nucené elektromagnetické kmitání.
Snímek 6
Snímek 7
Střídavý proud se může objevit, když je v obvodu střídavé emf. Získání střídavého EMF v obvodu je založeno na jevu elektromagnetické indukce. K tomu se vodivý rám rovnoměrně otáčí úhlovou rychlostí ω v jednotném magnetickém poli. V tomto případě bude hodnota úhlu α mezi normálou k rámu a vektorem magnetické indukce určena výrazem: Získání proměnné emf V důsledku toho se velikost magnetického toku pronikajícího rámem bude v čase měnit podle harmonický zákon:
Snímek 8
Podle Faradayova zákona, když se magnetický indukční tok procházející obvodem změní, dojde v obvodu k indukovanému emf. Pomocí pojmu derivace objasníme vzorec pro zákon elektromagnetické indukce Když se magnetický tok pronikající do obvodu mění, mění se s časem i indukované emf podle zákona sinusu (nebo kosinu). maximální hodnota nebo amplituda EMF. Pokud snímek obsahuje N závitů, pak se amplituda zvýší Nkrát. Připojením zdroje střídavého EMF na konce vodiče na nich vytvoříme střídavé napětí:
Snímek 9
Obecné vztahy mezi napětím a proudem Stejně jako u stejnosměrného proudu je střídavý proud určen napětím na koncích vodiče. Lze mít za to, že v tento momentčasu má proudová síla ve všech úsecích vodiče stejnou hodnotu. Ale fáze kolísání proudu se nemusí shodovat s fází kolísání napětí. V takových případech je zvykem říkat, že dochází k fázovému posunu mezi kolísáním proudu a napětí. V obecném případě lze okamžitou hodnotu napětí a proudu určit: nebo φ – fázový posun mezi proudem a kolísáním napětí Im – amplituda proudu, A.
Snímek 10
Rezistor ve střídavém obvodu Uvažujme obvod obsahující zátěž, jejíž elektrický odpor je vysoký. Tento odpor nyní nazveme aktivní, protože v přítomnosti takového odporu elektrický obvod absorbuje energii přicházející k němu ze zdroje proudu, která se změní na vnitřní energii vodiče. V takovém obvodu: Elektrická zařízení, která přeměňují elektrickou energii na vnitřní energii, se nazývají aktivní odpory
Snímek 11
Protože okamžitá hodnota proudu je přímo úměrná okamžité hodnotě napětí, lze ji vypočítat pomocí Ohmova zákona pro úsek obvodu: V obvodu s činným odporem je fázový posun mezi kolísáním proudu a napětí nulový. , tj. Kolísání proudu je ve fázi s kolísáním napětí.
Snímek 12
Efektivní hodnoty napětí a proudu Když se řekne, že napětí v městské elektrické síti je 220 V, pak nemluvíme o okamžité hodnotě napětí a nikoli o jeho amplitudové hodnotě, ale o tzv. efektivní hodnotě. Když elektrické spotřebiče uvádějí sílu proudu, pro kterou jsou navrženy, znamenají také efektivní hodnotu síly proudu. FYZIKÁLNÍ VÝZNAM Efektivní hodnota střídavého proudu je rovna síle stejnosměrného proudu, který za stejnou dobu uvolní ve vodiči stejné množství tepla jako střídavý proud. Efektivní hodnota napětí:
Snímek 13
Výkon v obvodu střídavého proudu Efektivní hodnoty napětí a proudu jsou zaznamenávány elektrickými měřicími přístroji a umožňují přímý výpočet výkonu střídavého proudu v obvodu. Výkon v obvodu střídavého proudu je určen stejnými vztahy jako výkon stejnosměrného proudu, do kterého jsou odpovídající efektivní hodnoty nahrazeny stejnosměrným proudem a konstantním napětím: Při fázovém posunu mezi napětím a proudem je výkon určen vzorec:
Snímek 14
ZÁVĚRY V této lekci jste se naučili, že: střídavý elektrický proud je nucené elektromagnetické kmitání, při kterém se síla proudu v obvodu mění v čase podle harmonického zákona; získání střídavého EMF v obvodu je založeno na jevu elektromagnetické indukce; při aktivním odporu je fázový rozdíl mezi oscilacemi proudu a napětí nulový; efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí se rovnají hodnotám stejnosměrného proudu a napětí, při kterých by se v obvodu se stejným činným odporem uvolnila stejná energie; výkon v obvodu střídavého proudu je určen stejnými vztahy jako výkon stejnosměrného proudu, do kterého se namísto stejnosměrného proudu a konstantního napětí dosadí odpovídající efektivní hodnoty.
Snímek 15
Testujte odpovědi
Snímek 16
ŘEŠENÍ PROBLÉMŮ Rám se 100 otáčkami se otáčí frekvencí 15 Hz v rovnoměrném magnetickém poli s indukcí 0,2 Tesla. Jaká je plocha rámu, pokud hodnota amplitudy EMF vznikajícího v něm je 45 V?
Snímek 17
DANO: N=100 ks ν=15 Hz V=0,2 T εm=45 V S - ? ŘEŠENÍ: e = εm sinωt εm= BS ω ω = 2π/T= 2π ν εm= BS 2π ν(1 otáčka) εmn= BSN 2π ν S = εmn /(BN 2π ν = VÝPOČET: ANS0 ROZMĚR:024 m2
Snímek 18
DOMÁCÍ ÚKOLY Učebnice: § 31, 32; G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev „FYZIKA – 11“. Připravte si esej na téma:
Zobrazit všechny snímky
Abstraktní
METODICKÝ VÝVOJ
LEKCE FYZY
Vyvinutý učitelem
fyzikové S.E
Saransk
Cíle lekce:
Vzdělávací:
Vývojový:
Vzdělávací:
Typ lekce:
Metody:
Vybavení lekce:
Rčení:
Jak by naše planeta žila?
Jak by na tom lidé žili?
Bez tepla, magnetu, světla
A elektrické paprsky?
Adam Mickiewicz
Mezioborové vazby:
PLÁN LEKCE
1.Organizační moment
6. Shrnutí lekce.
7. Domácí úkol:
Připravte abstrakty na následující témata:
2. „Vybavení podniků Catering ve kterém se elektrická energie přeměňuje na jiné druhy energie“.
BĚHEM lekcí
1.Organizační moment(oznámení tématu, cílů a cílů lekce, psychologická příprava studentů na lekci).
Snímek 1
Snímek 2
Snímek 3
Přináší teplo a světlo každému
Na světě není nikdo štědřejší než on!
Do měst, vesnic, měst
3. Vysvětlení nového materiálu.
Snímek 4
Snímek 5
Snímek 6
Snímek 7
Snímek 8
Historický odkaz(studentská zpráva)
Snímek 9
Snímek 10
Snímek 11
Snímek 12
Snímek 13
4. Konsolidace a zobecnění nového materiálu.
(Kontrola kvality, konsolidace a zobecnění naučeného, závěry.)
Snímek 14
Snímek 15
Řešení problému
Snímek 16, 17
6. Shrnutí lekce.
(Udělování známek a jejich komentářů.)
Snímek 18
str. 102 cvičení 4 úkol č. 5.
1. „Nové moderní typy generátorů“
MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ MORDOVSKÉ REPUBLIKY
GBOU RM SPO (SSUZ) "Saranská vysoká škola potravinářského a zpracovatelského průmyslu"
METODICKÝ VÝVOJ
LEKCE FYZY
K TÉMATU: „Střídavý elektrický proud“
Vyvinutý učitelem
fyzikové S.E
Saransk
Téma lekce: "Střídavý elektrický proud."
Cíle lekce:
Vzdělávací:
Rozvinout u studentů porozumění střídavému proudu. Zvažte hlavní rysy aktivního odporu. Prozraďte základní pojmy tématu.
Vývojový:
Rozvíjet u studentů schopnost aplikovat získané poznatky o střídavém proudu v praktická aplikace v každodenním životě, technologii a výrobní praxe; rozvíjet zájem o znalosti, schopnost analyzovat, zobecňovat a vyzdvihovat to hlavní.
Vzdělávací:
Vštěpovat respekt k vědě jako síle, která přetváří společnost a lidi na základě inovativní technologie. Vzbudit ve studentech smysl pro sebenáročnost a disciplínu. Rozšiřte rozsah okolního světa studentů.
Typ lekce: asimilace nových poznatků na základě dříve studovaného materiálu.
Metody: výklad učitele pomocí počítače; informační a názorné, průzkum mezi studenty, práce s referenčními poznámkami, testy.
Vybavení lekce: počítač, multimediální projektor, referenční poznámky, prezentace, testovací úlohy, učebnice.
Rčení:
Jak by naše planeta žila?
Jak by na tom lidé žili?
Bez tepla, magnetu, světla
A elektrické paprsky?
Adam Mickiewicz
Mezioborové vazby: matematika – hledání derivací, goniometrické funkce; zařízení – mechanické zařízení; historie – průmysl 9. století; vnitropředmětová komunikace - zákony stejnosměrného proudu, magnetické pole, elektromagnetická indukce.
PLÁN LEKCE
1.Organizační moment(vyhlášení tématu, cílů a cílů hodiny, psychologická příprava žáků na hodinu).
2. Aktualizace základních znalostí.
(Reprodukce hlavních ustanovení materiálu prostudovaného v předchozích lekcích)
3. Vysvětlení nového materiálu.
4. Konsolidace a zobecnění nového materiálu.
(Kontrola kvality, konsolidace a zobecnění naučeného, závěry.)
6. Shrnutí lekce.
(Udělování známek a jejich komentářů.)
7. Domácí úkol:
§ 31, 32; G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev „FYZIKA – 11“, str. 102 cvičení 4 úkol č. 5.
Připravte abstrakty na následující témata:
1. "Nové moderní typy generátorů."
2. „Zařízení pro zařízení veřejného stravování, ve kterých se elektrická energie přeměňuje na jiné druhy energie.“
BĚHEM lekcí
1.Organizační moment(vyhlášení tématu, cílů a cílů hodiny, psychologická příprava žáků na hodinu).
Tato lekce je věnována vynuceným elektromagnetickým oscilacím a střídavému elektrickému proudu. naučíš se,
Jak lze získat proměnnou EMF a
Jaké vztahy existují mezi proudem a napětím v obvodech střídavého proudu?
Jaký je rozdíl mezi efektivními a amplitudovými hodnotami proudu a napětí.
Snímek 1
Snímek 2
Snímek 3
2. Aktualizace základních znalostí
Přináší teplo a světlo každému
Na světě není nikdo štědřejší než on!
Do měst, vesnic, měst
Přichází drátem! (elektřina)
Reprodukce hlavních ustanovení materiálu studovaného v předchozích lekcích:
1. Co se nazývá elektrický proud?
2. Jaký proud se nazývá konstantní?
3. Jaký vztah existuje mezi střídavým elektrickým a magnetickým polem?
4. Jaký je jev elektromagnetické indukce?
5. Jaké elektromagnetické kmity se nazývají vynucené?
6. Formulujte Ohmův zákon pro úsek obvodu.
3. Vysvětlení nového materiálu.
V elektrostatických strojích, galvanických článcích a bateriích EMF v průběhu času neměnilo svůj směr. V takovém obvodu proud protékal neustále, aniž by měnil velikost nebo směr, a proto byl nazýván konstantní.
Elektrická energie má nespornou výhodu oproti všem ostatním druhům energie. Může být přenášen drátem na velké vzdálenosti s relativně nízkými ztrátami a pohodlně distribuován mezi spotřebitele. Hlavní věc je, že tuto energii lze pomocí poměrně jednoduchých zařízení snadno přeměnit na jakékoli jiné formy: mechanickou, vnitřní, světelnou energii atd. Jste budoucí technologové a v praxi uvidíte mnoho různých zařízení, ve kterých se elektrická energie přeměňuje na jiné druhy energie. Příklady takových zařízení jsou: škrabka na brambory, elektrický mlýnek na maso, kráječ chleba...
Snímek 4
Všechna tato zařízení a mnohem více je zahrnuta v obvodu, ve kterém protéká střídavý elektrický proud.
V elektrárnách vzniká střídavý proud. Rodí se proměnná EMF, která opakovaně a nepřetržitě mění svou velikost a směr. To se děje v generátorech - to jsou stroje, ve kterých EMF vzniká v důsledku jevu elektromagnetické indukce.
Střídavý proud má oproti stejnosměrnému proudu výhodu:
napětí a proud lze převádět ve velmi širokém rozsahu a transformovat téměř bez ztráty energie.
Co je tedy střídavý elektrický proud?
Snímek 5
Střídavý elektrický proud se vyrábí v generátorech střídavého proudu.
Podívejme se na princip fungování generátoru:
Snímek 6
Na tomto snímku jsme to viděli P Střídavý proud se může objevit, když je v obvodu střídavé emf.
Snímek 7
Snímek 8
Obrázek ukazuje nejjednodušší schéma generátor střídavého proudu.
Historický odkaz(studentská zpráva)
Návrh generátorů se budeme podrobněji zabývat v následujících lekcích.
Snímek 9
Snímek 10
Snímek 11
Snímek 12
Snímek 13
4. Konsolidace a zobecnění nového materiálu.
(Kontrola kvality, konsolidace a zobecnění naučeného, závěry.)
Snímek 14
Takže, co jsme se dnes ve třídě naučili:
- co je střídavý elektrický proud střídavý elektrický proud?
- Jaký jev je základem pro získání střídavého EMF v obvodu?
- jaký je fázový rozdíl mezi oscilacemi proudu a napětí na aktivním odporu?
Jak se porovnávají efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí s hodnotami stejnosměrného proudu a napětí?
- Jak se určuje výkon v obvodu střídavého proudu?
Výkon testovací úkol následuje autotest)
Snímek 15
Řešení problému
Snímek 16, 17
6. Shrnutí lekce.
(Udělování známek a jejich komentářů.)
Snímek 18
7. Domácí úkol: § 31, 32; G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev „FYZIKA – 11“.
str. 102 cvičení 4 úkol č. 5.
Připravte abstrakty na následující témata:
1. „Nové moderní typy generátorů“
2. „Zařízení pro zařízení veřejného stravování, ve kterých se elektrická energie přeměňuje na jiné druhy energie.“
Stáhnout abstrakt
Střídavý proud jsou vynucené elektrické oscilace Střídavý proud se na rozdíl od stejnosměrného plynule mění jak ve velikosti, tak ve směru a tyto změny se vyskytují periodicky, to znamená, že se přesně opakují ve stejných časových intervalech. Nechť je v obvodu zdroj proudu, jehož emf se periodicky mění. - jedná se o periodické změny proudu a napětí v elektrickém obvodu, ke kterým dochází pod vlivem střídavého EMF z vnější zdroj Střídavé proudy jsou dále považovány za kvazistacionární, tj. na okamžité hodnoty všech elektrické veličiny Platí zákony DC.
Variabilní elektrický
aktuální.
Generátor střídavého proudu.
Definice Střídavý proud má oproti němu řadu výhod DC: Pro výrobu Platí střídavý proud sinusové napětí. Frekvence střídavého proudu je počet kmitů za 1 s Standardní průmyslová frekvence střídavého proudu je 50 Hz. Je elektromechanické zařízení, které přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii střídavého proudu. Systémy produkující střídavý proud jsou známy v jednoduchých formách od objevu magnetické indukce elektrického proudu. Princip činnosti generátoru je založen na jevu elektromagnetické indukce - výskytu elektrického napětí ve vinutí statoru umístěného ve střídavém magnetickém poli. Vzniká pomocí rotačního elektromagnetu – rotoru – když jeho vinutím prochází stejnosměrný proud. Celkový pohled na generátor střídavého proudu s vnitřními póly; Rotor
je induktor a stator
- Kotva. Schéma zařízení generátoru:
1
- pevná kotva; 2
- rotační induktor; 3-skluzové kroužky; 4- štětce klouzající po nich. Rotující induktor generátor 1
(rotor) a armatura (stator) 2,
v jehož vinutí indukuje se proud. Typy generátorů: Turbogenerátor - Jedná se o generátor, který je poháněn parní nebo plynovou turbínou. Typy generátorů: Dieselová jednotka -
generátor, jehož rotor je poháněn spalovacím motorem. Hydrogenerátor
roztáčí hydraulickou turbínu. Chcete-li používat náhledy prezentací, vytvořte si účet Google a přihlaste se k němu: https://accounts.google.com Učitel fyziky ve společnosti MSGU Ekaterina Vladimirovna Alekseeva Prezentace o fyzice Témata prezentací 1) Střídavý elektrický proud. 2) Aktivní odpor. Efektivní hodnoty proudu a napětí. 3) Kondenzátor ve střídavém obvodu. 4) Induktor v obvodu střídavého proudu. Jak víme, proud (elektrický) může být střídavý nebo konstantní. Střídavý proud (anglicky: střídavý proud) je elektrický proud, který periodicky mění velikost a směr. V současné době je velmi široce používán střídavý elektrický proud. Lze jej získat pomocí střídavých elektrických generátorů využívajících efekt elektromagnetické indukce. Obrázek ukazuje primitivní instalaci pro generování střídavého proudu. Princip instalace je jednoduchý. Drátěný rám se otáčí v rovnoměrném magnetickém poli konstantní rychlostí. Konce rámu jsou upevněny na kroužcích, které se s ním otáčejí. Pružiny, které fungují jako kontakty, těsně přiléhají ke kroužkům. Měnící se magnetický tok bude plynule protékat povrchem rámu, ale tok vytvářený elektromagnetem zůstane konstantní. V tomto ohledu vznikne v rámu indukované emf. Střídavý proud také odkazuje na proud v konvenčních jedno- a třífázových sítích. V tomto případě se okamžité hodnoty proudu a napětí mění podle harmonického zákona. Střídavý elektrický proud Střídavý proud v osvětlovací síti bytu, používaný v továrnách atd., není nic jiného než nucené elektromagnetické oscilace. Tyto výkyvy napětí jsou snadno zjistitelné pomocí osciloskopu (obr. 4.8) Standardní frekvence průmyslového střídavého proudu je 50 Hz. To znamená, že během 1 s proteče proud 50x v jednom směru a 50x v opačném směru. Frekvence 50 Hz je akceptována pro průmyslový proud v mnoha zemích po celém světě. V USA je akceptovaná frekvence 60 Hz. Pokud se napětí na koncích obvodu mění podle harmonického zákona, pak se bude harmonicky měnit i intenzita elektrického pole uvnitř vodičů. Střídavé napětí v zásuvkách osvětlovací sítě vytvářejí generátory v elektrárnách. Drátěný rám rotující v konstantním rovnoměrném magnetickém poli lze považovat za nejjednodušší model generátoru střídavého proudu. Tok magnetické indukce Ф, pronikající drátěným rámem o ploše S, je úměrný kosinu úhlu a mezi normálou k rámu a vektorem magnetické indukce (obr. 4.9): Ф = BScos a Při rovnoměrném otáčení rám, úhel a roste přímo úměrně s časem: a = 2П nt, kde n – frekvence otáčení. Proto se tok magnetické indukce harmonicky mění: Ф = BS cos 2 П nt, Zde 2П n je počet kmitů magnetického toku za 2П s. Toto je CYKLICKÁ FREKVENCE oscilací w=2 П n => Ф = BScoswt Podle zákona elektromagnetické indukce se indukční emf v rámu rovná rychlosti změny magnetického indukčního toku se znaménkem „-“, tj. derivaci magnetického indukčního toku v závislosti na čase: oscilační obvod je připojen k rámu, pak úhlová rychlost w otáčení rámu bude určovat frekvenci w kmitů hodnot EMF, napětí v různých částech obvodu a sílu proudu. Pokud se napětí mění s cyklickou frekvencí, pak se proud v obvodu bude měnit se stejnou frekvencí. Ale kolísání proudu nemusí být nutně ve fázi s kolísáním napětí. V obecném případě je tedy síla proudu i v každém okamžiku (okamžitá hodnota intenzity proudu) určena vzorcem Zde I m je amplituda intenzity proudu, tj. maximální absolutní hodnota intenzity proudu, a je fázový rozdíl (posun) mezi kolísáním síly proudu a napětí. Aktivní odpor. Efektivní hodnoty proudu a napětí. Přejděme k podrobnější úvaze o procesech, které probíhají v obvodu připojeném ke zdroji střídavého napětí. Síla proudu v hodnotě s odporem. Nechte obvod sestávat z propojovacích vodičů a zátěže s nízkou indukčností a vysokým odporem R (obr. 4.10). Tato veličina, kterou jsme dosud nazývali elektrický odpor nebo jednoduše odpor, budeme nyní nazývat aktivní odpor. Odpor R se nazývá aktivní, protože v přítomnosti zátěže, která má tento odpor, obvod absorbuje energii přicházející z generátoru. Tato energie se mění na vnitřní energii vodičů - ty se zahřívají. Budeme předpokládat, že napětí na svorkách obvodu se mění podle harmonického zákona: u = U m cos w t Stejně jako u stejnosměrného proudu je okamžitá hodnota proudu přímo úměrná okamžité hodnotě napětí. Pro zjištění okamžité hodnoty proudu tedy můžete použít Ohmův zákon: Ve vodiči s činným odporem se kolísání proudu shoduje ve fázi s kolísáním napětí (obr. 4.1 7) a amplituda proudu je určena rovností Napájení v obvodu s rezistorem. V obvodu střídavého proudu průmyslové frekvence (v = 50 Hz) se proud a napětí mění poměrně rychle. Proto, když proud prochází vodičem, jako je vlákno žárovky, množství uvolněné energie se také rychle změní v průběhu času. Ale tyto rychlé změny nevnímáme. Zpravidla potřebujeme znát průměrný proudový výkon v části obvodu za dlouhou dobu, včetně mnoha období. K tomu stačí najít průměrný výkon za jedno období. Průměrným výkonem za určité období se střídavým proudem rozumí poměr celkové energie vstupující do obvodu za určité období k období. Výkon ve stejnosměrném obvodu v úseku s odporem R je určen vzorcem: P = I 2 R. (4.18) Během velmi krátké doby lze střídavý proud považovat za téměř konstantní. Okamžitý výkon ve střídavém obvodu v úseku s činným odporem R je tedy určen vzorcem: P = i 2 R. (4.19) Najděte průměrnou hodnotu výkonu za období. K tomu nejprve transformujeme vzorec (4.19), do kterého dosadíme výraz (4.16) pro proudovou sílu a použijeme vztah známý z matematiky Průměrný výkon je roven prvnímu členu ve vzorci (4.20) Hodnota rovnající se druhé odmocnině průměrné hodnoty druhé mocniny intenzity proudu se nazývá efektivní hodnota intenzity střídavého proudu. Efektivní hodnota intenzity střídavého proudu se značí I: Efektivní hodnota intenzity střídavého proudu je rovna síle takového stejnosměrného proudu, aby se ve vodiči uvolnilo stejné množství tepla jako u střídavého proudu za stejnou dobu. Efektivní hodnota střídavého napětí se určuje podobně jako efektivní hodnota proudu: Nahrazením amplitudových hodnot proudu a napětí ve vzorci (4.17) jejich efektivními hodnotami získáme Ohmův zákon pro úsek obvodu střídavého proudu s rezistorem Stejně jako u mechanických vibrací, v případě elektrických vibrací jsme obvykle nezajímají se o hodnoty proudu, napětí a dalších veličin v každém okamžiku. Důležité jsou obecné charakteristiky kmitů, jako je amplituda, perioda, frekvence, efektivní hodnoty proudu a napětí, průměrný výkon. Ampérmetry a voltmetry střídavého proudu zaznamenávají efektivní hodnoty proudu a napětí. Efektivní hodnoty jsou navíc výhodnější než okamžité hodnoty také proto, že přímo určují průměrnou hodnotu výkonu střídavého proudu P: P = I 2 R = UI. Kondenzátor ve střídavém obvodu Obvodem obsahujícím kondenzátor nemůže proudit stejnosměrný proud. Ve skutečnosti se v tomto případě obvod ukáže jako otevřený, protože desky kondenzátoru jsou odděleny dielektrikem. Obvodem obsahujícím kondenzátor může protékat střídavý proud. To lze ověřit jednoduchým experimentem. Mějme zdroje stejnosměrného a střídavého napětí a konstantní napětí na svorkách zdroje se rovná efektivní hodnotě střídavého napětí. Obvod se skládá z kondenzátoru a žárovky (obr. 4.13), zapojených do série. Při zapnutí stejnosměrného napětí (přepínač je otočen doleva, obvod je zapojen do bodů AA") se žárovka nerozsvítí. Ale při zapnutí střídavého napětí (přepínač je otočen doprava, obvod je zapojen do bodů BB"), kontrolka se rozsvítí, pokud je kapacita kondenzátoru dostatečně velká. Jak může obvodem protékat střídavý proud, pokud je skutečně otevřený (náboje se nemohou pohybovat mezi deskami kondenzátoru)? Jde o to, že kondenzátor se periodicky nabíjí a vybíjí pod vlivem střídavého napětí. Proud protékající obvodem při dobíjení kondenzátoru ohřívá vlákno žárovky. Ukažme si, jak se v průběhu času mění síla proudu v obvodu obsahujícím pouze kondenzátor, lze-li zanedbat odpor vodičů a desek kondenzátoru (obr. 4.14). Napětí na kondenzátoru Síla proudu, která je derivací náboje v závislosti na čase, je rovna: Kolísání proudu tedy předbíhá ve fázi kolísání napětí na kondenzátoru v (obr. 4.15). I m = U m C (4.29) Amplituda proudu je rovna: Zavedeme-li zápis: a místo amplitud proudu a napětí použijeme jejich efektivní hodnoty, získáme: Hodnota X c, převrácená součinu C cyklické frekvence a elektrické kapacity kondenzátoru se nazývá kapacita . Efektivní hodnota proudu je vztažena k efektivní hodnotě napětí na kondenzátoru stejně jako proud a napětí podle Ohmova zákona pro úsek stejnosměrného obvodu. Čím větší je kapacita kondenzátoru, tím větší je dobíjecí proud. To lze snadno zjistit podle nárůstu žhavení lampy, jak se zvyšuje kapacita kondenzátoru. Zatímco odpor kondenzátoru vůči stejnosměrnému proudu je nekonečný, jeho odpor vůči střídavému proudu má konečnou hodnotu X c . S rostoucí kapacitou se snižuje. S rostoucí frekvencí také klesá odpor obvodu s kondenzátorem nepřímo úměrný součinu cyklické frekvence a elektrické kapacity. Kolísání proudu předbíhá kolísání napětí ve fázi o INDUKTANCE VE STŘÍDAVÉM OBVODU Indukčnost v obvodu ovlivňuje sílu střídavého proudu. To lze dokázat jednoduchým experimentem. Sestavme obvod z cívky s velkou indukčností a elektrickou žárovkou (obr. 4.16). Pomocí přepínače můžete tento obvod připojit buď ke zdroji stejnosměrného napětí, nebo ke zdroji střídavého napětí. V tomto případě musí být stejnosměrné napětí a efektivní hodnota střídavého napětí stejné. Zkušenosti ukazují, že lampa svítí jasněji při konstantním napětí. V důsledku toho je efektivní hodnota střídavého proudu v uvažovaném obvodu menší než stejnosměrný proud. Tento rozdíl se vysvětluje fenoménem samoindukce. Pokud se napětí mění rychle, pak síla proudu nestihne dosáhnout hodnot, které by časem nabyla při konstantním napětí. V důsledku toho je maximální hodnota střídavého proudu (jeho amplituda) omezena indukčností obvodu a bude tím menší, čím větší bude indukčnost a čím větší bude frekvence přiváděného napětí. Určíme proudovou sílu v obvodu obsahujícím cívku, jejíž činný odpor lze zanedbat (obr. 4.17). K tomu nejprve najdeme spojení mezi napětím na cívce a samoindukčním emf v ní. Je-li odpor cívky nulový, musí být síla elektrického pole uvnitř vodiče kdykoli nulová. Jinak by byla síla proudu podle Ohmova zákona nekonečně velká. Síla pole rovna nule je možná, protože síla vírového elektrického pole generovaného střídavým magnetickým polem v každém bodě je stejná co do velikosti a opačného směru než síla Coulombova pole vytvořeného ve vodiči náboji umístěnými na svorky zdroje a ve vodičích obvodu. Z rovnosti = - k i vyplývá, že specifická práce vírového pole (tj. samoindukční emf e i) je rovna velikosti a opačného znaménka specifické práci Coulombova pole. Vzhledem k tomu, že měrná práce Coulombova pole je rovna napětí na koncích cívky, můžeme napsat: e і = - u. Když se proud mění podle harmonického zákona: i = I m sin t Vlastní indukční emf se rovná: e i = - L i " = - L l m cos t. Protože u = - e i, napětí na koncích cívka se ukáže být stejná V důsledku toho jsou oscilace napětí na cívce ve fázi před oscilacemi proudu o nebo, což je totéž, oscilace proudu se zpožďují ve fázi od oscilací napětí o (obr. 4.18) Amplituda proudu v cívce je rovno: a místo amplitud proudu a napětí použijeme jejich efektivní hodnoty, pak dostaneme: Hodnota X L, rovna součinu cyklické frekvence a indukčnosti, se nazývá indukční reaktance. Podle vzorce (4.35) je efektivní hodnota proudu vztažena k efektivní hodnotě napětí a indukční reaktance vztahem podobným Ohmovu zákonu pro obvod stejnosměrného proudu. Indukční reaktance závisí na frekvenci Stejnosměrný proud si indukčnosti cívky vůbec „nevšimne“. Při = 0 je indukční reaktance nulová (X L = 0). Čím rychleji se mění napětí, tím větší je samoindukční EMF a tím menší je amplituda proudu. Induktor poskytuje odpor střídavému proudu. Tento odpor, nazývaný indukční odpor, se rovná součinu cyklické frekvence a indukčnosti. Kolísání intenzity proudu v obvodu se zpožděním indukčnosti ve fázi od kolísání napětí
Může se proud v průběhu času měnit tak, aby byl v každém okamžiku v každém bodě obvodu stejný? Proud, tedy směrový pohyb nábojů, je způsoben elektrickým polem. Doba ustálení proudu v obvodu t je tedy určena pouze rychlostí šíření elektrické pole, tedy rychlost světla s (L je délka obvodu): t = L/c Tuto dobu je třeba porovnat s charakteristickou dobou změny elektrického pole (napětí zdroje proudu). V případě periodického e. d.s. tato doba je jednoduše obdobím kolísání napětí na e. d.s. T. Například v našem elektrické sítě napětí (a proud) kmitá frekvencí 50 Hz, tedy 50krát za sekundu. Perioda oscilace je T = 0,02 s. Nechť je délka našeho obvodu L = 100 m, pak poměr t / T bude přibližně 10 -5 - to je přesně ta velmi malá relativní chyba, kterou uděláme, pokud použijeme zákony stejnosměrného proudu pro náš obvod se střídavým proudem. . Střídavý proud v obvodu, pro který je splněn vztah t<
Střídavý proud je elektrický proud, který se v čase mění podle harmonického (sinusového) zákona. I = I 0 ·sin(ω t+ φ), amplituda kmitů frekvence kmitů fáze kmitů Podle Fourierovy věty lze jakékoli kmitání znázornit jako součet harmonických kmitů. Sinusové nebo harmonické kmity jsou tedy nejdůležitějším a nejjednodušším typem kmitání.
Odpor v obvodu střídavého proudu Nechť má vnější obvod tak malou indukčnost a kapacitu, že je lze zanedbat. Nechť počáteční fázi φ = 0. Proud odporem se mění podle zákona: I = I 0 · sin (ω t + φ) Podle Ohmova zákona pro obvod a Rδ: U = I · R = I 0 · R · sin ω t. Napětí na koncích části obvodu se tedy také mění podle sinusového zákona a fázový rozdíl mezi kolísáním proudu I a napětí U je nulový. Maximální hodnota U je: UU 00 R R = I= I 00 ·R·R Při nízkých frekvencích střídavého proudu nezávisí činný odpor vodiče na frekvenci a prakticky se shoduje s jeho elektrickým odporem v obvodu stejnosměrného proudu.
V důsledku toho se ve vodiči s aktivním odporem kolísání proudu ve fázi shoduje s kolísáním napětí a amplituda proudu se rovná amplitudě napětí dělené odporem:
Amplitudu kolísání napětí v obvodu střídavého proudu lze vyjádřit pomocí hodnot amplitudy napětí na jeho jednotlivých prvcích pomocí metody vektorového diagramu. Zvolme osu x diagramu tak, aby vektor představující kolísání proudu směřoval podél této osy. Dále ji budeme nazývat aktuální osa. Metoda vektorových diagramů I 0 Protože úhel φ mezi oscilacemi napětí a proudu na rezistoru je nulový, bude vektor reprezentující oscilace napětí na odporu R směřovat podél osy proudu. Jeho délka je rovna I 0 · R.
Kondenzátor ve střídavém obvodu Uvažujme procesy probíhající ve střídavém elektrickém obvodu s kondenzátorem. Nechť napětí působí na kapacitu. Zanedbáme indukčnost obvodu a odpor vodičů, takže napětí na kondenzátoru lze považovat za rovné vnějšímu napětí. φ A - φ B = U = q/C, ale I = dq/dt, proto dt. Iq I = I 0 · sin ω t proud se mění podle zákona, odkud 00 0 cossin qt. já dtt. Iq Integrační konstanta q 0 označuje libovolný náboj, který není spojen s kolísáním proudu, proto můžeme předpokládat q 0 =
) 2 sin(cos 000 t C I UThen V důsledku toho kolísání napětí na deskách kondenzátoru v obvodu střídavého proudu fázově zaostává za kolísáním proudu o π/2 (neboli kolísání proudu vede ke kolísání fázového napětí o π/2). že v okamžiku, kdy se kondenzátor začne nabíjet, je proud maximální a napětí je nulové Poté, co napětí dosáhne svého maxima, se proud stane nulovým atd. Fyzikální význam toho je následující: aby se napětí objevilo na kondenzátor, musí dojít k úniku náboje v důsledku toku proudu v obvodu.
Poměr amplitudy kolísání napětí na kondenzátoru k amplitudě kolísání proudu se nazývá kapacitní reaktance kondenzátoru (označuje se X C): Hodnota. C IU 1 00 a podle Ohmova zákona U = I · R C XC 1 hraje roli odpor úseku obvodu Říká se mu zdánlivý odpor kapacity (kapacita). vektorový diagram
Indukčnost v obvodu střídavého proudu Na konce cívky o indukčnosti L nechť je přivedeno napětí se zanedbatelným odporem a kapacitou. Indukčnost obvodu s proudem je koeficient úměrnosti mezi proudem procházejícím obvodem a výsledným magnetickým tokem. Indukčnost L závisí na tvaru a velikosti obvodu a také na vlastnostech prostředí Ф = L · I. V přítomnosti střídavého proudu v induktoru vznikne samoindukční emf Rovnice Ohmova zákona zapsat takto: U = I · R – =0 ILF
) 2 sin(cos]sin= π jejich součet je nulový a zůstává pouze kmitání napětí na činném odporu Protože činitel jakosti konvenčních oscilačních obvodů je větší než jedna, amplitudy napětí U o. L a U o. C jsou větší než amplituda napětí na koncích obvodu U o.
Popisky snímků: