Presentazioni sulla fisica della corrente alternata. Presentazione sul tema Corrente elettrica alternata (grado 11). Consolidamento e generalizzazione di nuovo materiale
La presentazione è stata compilata da un insegnante di fisica del MKOU VSOSH n. 2 del villaggio IK. Chuguevka di Murzagildina Lyudmila Borisovna 2016 Obiettivi della lezione: 1. Continuare a sviluppare idee sulle oscillazioni elettromagnetiche armoniche, sulle oscillazioni elettromagnetiche forzate e sui tipi di resistenza in un circuito di corrente alternata. 2. Sviluppare gli interessi cognitivi degli studenti su questo argomento attraverso varie risorse informative: libro di testo, presentazione, tabelle. 3. Impara a trovare cose utili e necessarie nel materiale studiato. Aggiornamento della conoscenza. 1. Quali oscillazioni sono chiamate armoniche? Oscillazioni che si verificano secondo la legge del seno o del coseno. 2. Dare la definizione di oscillazioni elettromagnetiche. Processi nei circuiti elettrici in cui carica, corrente, tensione e fem cambiano periodicamente. 3. Perché le oscillazioni elettromagnetiche libere si attenuano? Le vibrazioni elettromagnetiche libere vengono smorzate grazie alla resistenza. 4. Indica la formula per il periodo delle oscillazioni elettromagnetiche. 5. Assegna un nome al sistema in cui si verificano le oscillazioni elettromagnetiche. Risoluzione di problemi sull'argomento "Oscillazioni elettromagnetiche". 1. La carica q sulle armature del condensatore del circuito oscillante cambia nel tempo secondo l'equazione q = 5٠10-4cos 103πt. Qual è l'ampiezza delle oscillazioni di carica, la fase di oscillazione e la fase iniziale della carica? Ampiezza - 5٠10- 4 Fase delle oscillazioni di carica - 103πt Fase iniziale =0 Risoluzione dei problemi sull'argomento “Oscillazioni elettromagnetiche”. 2.Quale dei dispositivi elencati è necessariamente incluso nel circuito di corrente continua e nel circuito oscillatorio? Abbina la posizione della prima colonna con la posizione desiderata della seconda. Annota i numeri risultanti nella tabella sotto le lettere appropriate. A) Circuito CC 1. Amperometro B) Circuito oscillante 2. Sorgente di corrente A 3. Condensatore 4. Magnete B Risposta al problema: A B 2 3 Studio nuovo argomento la nostra lezione" Corrente alternata. Resistenza in un circuito di corrente alternata" Una corrente elettrica che cambia intensità e direzione nel tempo è chiamata corrente alternata. Nostro compito è verificare durante la lezione: - la corrente alternata è oscillazioni forzate; - che nel tempo la corrente cambia direzione e intensità. “La corrente scorre attraverso i fili e non è mai visibile. Accende le lampadine e dà vita agli elettrodomestici”. Yakov Byl “Guerra delle correnti” C’è stato un periodo nella storia conosciuto con il nome in codice “guerra delle correnti”. Principale attori poi c'erano i famosi Nikola Tesla e Thomas Edison. Nikola Tesla ha visto il potenziale e la comodità della corrente alternata. Ed Edison insisteva affinché si dovesse utilizzare elettricità costante (un punto di vista generalmente accettato a quel tempo). Edison tenne anche manifestazioni pubbliche piuttosto brutali. Il fatto è che la corrente alternata, nonostante i suoi vantaggi, rappresenta un grande pericolo per gli esseri viventi. Thomas Edison usò questo fatto per creare paura e sfiducia nelle idee di Tesla tra la gente: uccise pubblicamente animali usando corrente alternata. Una volta hanno persino eseguito una dimostrazione su un elefante: un paio di secondi - e il potente animale è morto. Dalla storia La prima fonte di elettricità della nostra epoca è stato il generatore elettrostatico, inventato nel 1663 dal sindaco di Magdeburgo, Otto von Guericke. Allora, cos'è la corrente alternata? L'intensità della corrente e la tensione cambiano secondo una legge armonica e la frequenza di oscillazione è determinata dalla frequenza della sorgente di corrente collegata al circuito (50 Hz) Come creare tensione alternata e corrente alternata? La tensione e la corrente alternata nella rete vengono create da generatori di corrente alternata nella centrale elettrica. Generatore di corrente alternata La frequenza standard della corrente industriale è 50 Hz - ciò significa che in 1 secondo la corrente cambia direzione 50 volte. Cosa succede in un alternatore? Abbiamo stabilito che 1. Il flusso magnetico F che penetra nel circuito della bobina cambia in grandezza e direzione. Ф = V S cos ωt 2. La corrente indotta nella bobina cambia in intensità e direzione. i = Im sin (ωt+φ₀) 3. Le fluttuazioni di tensione e corrente differiscono nella fase dell'oscillazione (φ₀). u = Um cos ωt Che ruolo giocano le resistenze in un circuito a corrente alternata? Le resistenze elettriche possono essere incluse in un circuito a corrente alternata: resistori, reattanza induttiva e capacitiva (circuito oscillatorio). I resistori hanno una resistenza R (resistenza attiva), un induttore con un'induttanza L - X L (reattanza induttiva) e un condensatore con una capacità C - X C (reattanza capacitiva). Resistenza attiva in un circuito a corrente alternata. Quindi abbiamo scoperto che la corrente e la tensione in un circuito a corrente alternata con resistenza attiva fluttuano in U una fase e resistenza attiva R = m I m Capacità in un circuito a corrente alternata Abbiamo scoperto che: 1. La corrente continua non passa attraverso il condensatore. 2. Il condensatore fornisce resistenza alla corrente alternata. Formula della capacità Induttanza in un circuito a corrente alternata Abbiamo scoperto che: 1. A corrente costante, la bobina ha una piccola resistenza attiva (cioè è un resistore) e una variazione nella sua induttanza non influisce sulla sua resistenza. 2. Con la corrente alternata, maggiore è l'induttanza della bobina, maggiore è la reattanza induttiva. 3. Reattanza induttiva Quindi sappiamo che se un circuito di corrente alternata contiene una resistenza attiva R = 1 X C = C e una reattanza induttiva X = ωL, allora L è una reattanza capacitiva, possiamo trovare la resistenza totale del circuito di corrente alternata Z: , Riassunto della lezione: 1. Abbiamo imparato cos'è la corrente alternata e le sue caratteristiche, che variano secondo la legge armonica: Ф = BS cos ωt; i= Imsin (ωt+φ₀) ; u = Um cosωt. 2. Un circuito a corrente alternata può contenere tre tipi di resistenza: L 1 R – attiva; X = - capacitivo; С С Х L = ωL – induttivo. 3. Abbiamo imparato la formula con cui viene calcolata la resistenza totale in un circuito di corrente alternata: Z = √ R² + (X L- X C)² Rafforzando la lezione appresa: 1. Perché non usano corrente alternata con una frequenza di 10 - 15 Hz per l'illuminazione? Le luci lampeggeranno. L'occhio percepisce una frequenza di 10 Hz come uno sfarfallio. 2. Una bobina è collegata al circuito elettrico, attraverso il quale viene prima fatta passare una corrente continua, quindi viene fatta passare una corrente alternata della stessa tensione. In quale caso la bobina si surriscalda di più? Nel primo. Anche la bobina per la corrente alternata avrà reattanza. Pertanto, nel secondo caso, la corrente è inferiore e, di conseguenza, la generazione di calore è inferiore. 3. Come cambierà la luminosità della lampada se il condensatore è rotto e il circuito è chiuso in questo punto? Ogni condensatore ha una resistenza, se rimuoviamo questa resistenza la lampada aumenterà di intensità. 4. Il circuito CA comprende un resistore con R = 5 Ohm, un condensatore con resistenza XC = 6 Ohm e un induttore con resistenza XL = 18 Ohm. Trova la resistenza totale del circuito. Dato: Soluzione: R=5Ohm Z= √R²+(XL -Xc)² XC=6Ohm Z=√25Ohm²+(18Ohm-6Ohm)² XL=18Ohm =√25Ohm²+144Ohm² ________ =13 Ohm. Z-? Esecuzione di un lavoro indipendente (test) sull'argomento "Corrente alternata". tempo 5-7 minuti. Riflessione: 1. Oggi ho appreso che... 2. Sono rimasto sorpreso dai fatti relativi a... 3. Mi interessava apprendere che... 4. È stato difficile per me capire... 5. Io mi è piaciuta la lezione...
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Oggi nella lezione: Corrente elettrica alternata. Resistore in un circuito CA. Valori effettivi di tensione e corrente. Potenza nel circuito CA.
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Come vivrebbe il nostro pianeta, come vivrebbero le persone su di esso senza calore, magneti, luce e raggi elettrici? Adam Mickiewicz
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Pelapatate Pulitrice Tritacarne elettrica Impastatrice Affettatrice per pane
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Una corrente elettrica la cui intensità e direzione cambiano nel tempo è detta alternata. La corrente elettrica alternata è costituita da oscillazioni elettromagnetiche forzate.
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La corrente alternata può verificarsi quando è presente una fem alternata nel circuito. Ottenere un EMF alternato in un circuito si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Per fare ciò, il telaio conduttivo viene ruotato uniformemente con una velocità angolare ω in un campo magnetico uniforme. In questo caso, il valore dell'angolo α tra la normale al telaio e il vettore di induzione magnetica sarà determinato dall'espressione: Ottenimento della variabile emf Di conseguenza, l'entità del flusso magnetico che penetra nel telaio cambierà nel tempo in base al legge armonica:
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Secondo la legge di Faraday, quando il flusso di induzione magnetica che passa attraverso un circuito cambia, nel circuito si verifica una fem indotta. Usando il concetto di derivata, chiariamo la formula della legge dell'induzione elettromagnetica Quando cambia il flusso magnetico che penetra nel circuito, anche la fem indotta cambia nel tempo secondo la legge del seno (o coseno). il valore massimo o l'ampiezza della FEM. Se il frame contiene N spire, l'ampiezza aumenta N volte. Collegando una fonte di EMF alternata alle estremità del conduttore, creeremo su di essi una tensione alternata:
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Relazioni generali tra tensione e corrente Come per la corrente continua, la corrente alternata è determinata dalla tensione alle estremità del conduttore. Si può considerare che in questo momento tempo, la corrente in tutte le sezioni del conduttore ha lo stesso valore. Ma la fase delle fluttuazioni di corrente potrebbe non coincidere con la fase delle fluttuazioni di tensione. In questi casi è consuetudine dire che c'è uno sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e di tensione. Nel caso generale, il valore istantaneo della tensione e della corrente può essere determinato: oppure φ – sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e tensione Im – ampiezza della corrente, A.
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Resistore in un circuito CA Consideriamo un circuito contenente un carico la cui resistenza elettrica è elevata. Chiameremo ora questa resistenza attiva, poiché in presenza di tale resistenza il circuito elettrico assorbe l'energia che gli arriva dalla sorgente di corrente, che si trasforma nell'energia interna del conduttore. In un circuito del genere: i dispositivi elettrici che convertono l'energia elettrica in energia interna sono chiamati resistenze attive
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Poiché il valore istantaneo della corrente è direttamente proporzionale al valore istantaneo della tensione, può essere calcolato utilizzando la legge di Ohm per una sezione del circuito: In un circuito con resistenza attiva, lo sfasamento tra le fluttuazioni di corrente e tensione è zero , cioè. Le fluttuazioni di corrente sono in fase con le fluttuazioni di tensione.
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Valori effettivi di tensione e corrente Quando si dice che la tensione nella rete elettrica cittadina è 220 V, non stiamo parlando del valore istantaneo della tensione e non del suo valore di ampiezza, ma del cosiddetto valore efficace. Quando gli apparecchi elettrici indicano l'intensità di corrente per la quale sono progettati, intendono anche il valore effettivo dell'intensità di corrente. SIGNIFICATO FISICO Il valore efficace della corrente alternata è pari all'intensità della corrente continua, che rilascia nel conduttore la stessa quantità di calore della corrente alternata nello stesso tempo. Valore della tensione effettiva:
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Potenza in un circuito a corrente alternata I valori effettivi di tensione e corrente vengono registrati da strumenti di misura elettrici e consentono il calcolo diretto della potenza di corrente alternata nel circuito. La potenza in un circuito a corrente alternata è determinata dalle stesse relazioni della potenza a corrente continua, in cui al posto della corrente continua e della tensione costante vengono sostituiti i corrispondenti valori effettivi: quando c'è uno sfasamento tra tensione e corrente, la potenza è determinata da la formula:
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CONCLUSIONI In questa lezione hai imparato che: la corrente elettrica alternata è un'oscillazione elettromagnetica forzata, in cui l'intensità della corrente nel circuito cambia nel tempo secondo una legge armonica; l'ottenimento di una forza elettromagnetica alternata in un circuito si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica; a resistenza attiva, la differenza di fase tra le oscillazioni di corrente e tensione è zero; i valori efficaci di corrente e tensione alternata sono uguali ai valori di corrente e tensione continua ai quali verrebbe rilasciata la stessa energia in un circuito con la stessa resistenza attiva; La potenza in un circuito a corrente alternata è determinata dalle stesse relazioni della potenza a corrente continua, in cui i corrispondenti valori effettivi vengono sostituiti con corrente continua e tensione costante.
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RISOLUZIONE DEI PROBLEMI Un telaio con 100 spire ruota ad una frequenza di 15 Hz in un campo magnetico uniforme con un'induzione di 0,2 Tesla. Qual è l'area del telaio se il valore di ampiezza dell'EMF che ne deriva è 45 V?
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DATI: N=100 pz ν=15 Hz V=0,2 T εm=45 V S - ? SOLUZIONE: e = εm sinωt εm= BS ω ω = 2π/T= 2π ν εm= BS 2π ν(1 giro) εmn= BSN 2π ν S = εmn /(BN 2π ν) CALCOLO: DIMENSIONE: RISPOSTA: S = 0,024 m2
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COMPITI A CASA Libro di testo: § 31, 32; G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev “FISICA – 11”. Preparare un saggio sull'argomento:
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Astratto
SVILUPPO METODOLOGICO
LEZIONE DI FISICA
Sviluppato da un insegnante
fisici S.E. Ryazin
Saransk
Obiettivi della lezione:
Educativo:
Sviluppo:
Educativo:
Tipo di lezione:
Metodi:
Attrezzatura per le lezioni:
Detto:
Come vivrebbe il nostro pianeta?
Come vivrebbero le persone?
Senza calore, magnete, luce
E i raggi elettrici?
Adam Mickiewicz
Collegamenti interdisciplinari:
PIANO DELLE LEZIONI
1.Momento organizzativo
6. Riassumendo la lezione.
7. Compiti a casa:
Preparare abstract sui seguenti argomenti:
2. “Attrezzature delle imprese Ristorazione in cui l'energia elettrica viene convertita in altri tipi di energia."
DURANTE LE LEZIONI
1.Momento organizzativo(annuncio dell'argomento, degli obiettivi e degli scopi della lezione, preparazione psicologica studenti per la lezione).
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Porta calore e luce a tutti
Non esiste nessuno più generoso di lui al mondo!
Ai paesi, ai villaggi, alle città
3.Spiegazione del nuovo materiale.
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Riferimento storico(messaggio dello studente)
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4. Consolidamento e generalizzazione di nuovo materiale.
(Controllo della qualità, consolidamento e generalizzazione di quanto appreso, conclusioni.)
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La soluzione del problema
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6. Riassumendo la lezione.
(Votazione e commento.)
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p. 102 esercizio 4 compito n. 5.
1. “Nuovi tipi moderni di generatori”
MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELLA REPUBBLICA DI MORDOVIA
GBOU RM SPO (SSUZ) "Collegio di Saransk per l'industria alimentare e di trasformazione"
SVILUPPO METODOLOGICO
LEZIONE DI FISICA
SULL'ARGOMENTO: “Corrente elettrica alternata”
Sviluppato da un insegnante
fisici S.E. Ryazin
Saransk
Argomento della lezione: "Corrente elettrica alternata".
Obiettivi della lezione:
Educativo:
Sviluppare la comprensione degli studenti della corrente alternata. Considera le caratteristiche principali della resistenza attiva. Rivelare i concetti base dell’argomento.
Sviluppo:
Sviluppare negli studenti la capacità di applicare le conoscenze acquisite sulla corrente alternata applicazione pratica nella vita quotidiana, nella tecnologia e pratica produttiva; sviluppare l'interesse per la conoscenza, la capacità di analizzare, generalizzare ed evidenziare la cosa principale.
Educativo:
Infondere rispetto per la scienza come forza che trasforma la società e le persone sulla base tecnologie innovative. Instillare negli studenti un senso di auto-esigenza e disciplina. Espandere la portata del mondo circostante degli studenti.
Tipo di lezione: assimilazione di nuove conoscenze basate su materiale precedentemente studiato.
Metodi: spiegazione dell'insegnante tramite computer; informativo e illustrativo, sondaggio tra gli studenti, lavoro con note di riferimento, test.
Attrezzatura per le lezioni: computer, proiettore multimediale, note di consultazione, presentazione, attività di test, libri di testo.
Detto:
Come vivrebbe il nostro pianeta?
Come vivrebbero le persone?
Senza calore, magnete, luce
E i raggi elettrici?
Adam Mickiewicz
Collegamenti interdisciplinari: matematica – trovare derivate, funzioni trigonometriche; attrezzature – attrezzature meccaniche; storia – industria del IX secolo; comunicazione intrasoggettiva - leggi della corrente continua, campo magnetico, induzione elettromagnetica.
PIANO DELLE LEZIONI
1.Momento organizzativo(annuncio dell'argomento, obiettivi e scopi della lezione, preparazione psicologica degli studenti alla lezione).
2.Aggiornamento delle conoscenze di base.
(Riproduzione delle principali disposizioni del materiale studiato nelle lezioni precedenti)
3.Spiegazione del nuovo materiale.
4. Consolidamento e generalizzazione di nuovo materiale.
(Controllo della qualità, consolidamento e generalizzazione di quanto appreso, conclusioni.)
6. Riassumendo la lezione.
(Votazione e commento.)
7. Compiti a casa:
§ 31, 32; G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev “FISICA – 11”, p. 102 esercizio 4 compito n. 5.
Preparare abstract sui seguenti argomenti:
1. "Nuovi tipi moderni di generatori".
2. “Apparecchiature per esercizi di ristorazione pubblica in cui l'energia elettrica viene convertita in altri tipi di energia”.
DURANTE LE LEZIONI
1.Momento organizzativo(annuncio dell'argomento, obiettivi e scopi della lezione, preparazione psicologica degli studenti alla lezione).
Questa lezione è dedicata alle oscillazioni elettromagnetiche forzate e alla corrente elettrica alternata. Imparerai,
Come si può ottenere la variabile EMF e
Quali relazioni esistono tra corrente e tensione nei circuiti CA?
Qual è la differenza tra i valori effettivi e di ampiezza di corrente e tensione.
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2.Aggiornamento delle conoscenze di base
Porta calore e luce a tutti
Non esiste nessuno più generoso di lui al mondo!
Ai paesi, ai villaggi, alle città
Viene via filo! (elettricità)
Riproduzione delle principali disposizioni del materiale studiato nelle lezioni precedenti:
1. Cosa si chiama corrente elettrica?
2. Quale corrente è chiamata costante?
3. Che relazione esiste tra campi elettrici e magnetici alternati?
4. Cos'è il fenomeno dell'induzione elettromagnetica?
5. Quali oscillazioni elettromagnetiche sono chiamate forzate?
6. Formulare la legge di Ohm per una sezione del circuito.
3.Spiegazione del nuovo materiale.
Nelle macchine elettrostatiche, nelle celle galvaniche e nelle batterie, i campi elettromagnetici non cambiano direzione nel tempo. In un tale circuito, la corrente scorreva continuamente, senza cambiare né grandezza né direzione, e quindi veniva chiamata costante.
L’energia elettrica ha un innegabile vantaggio rispetto a tutti gli altri tipi di energia. Può essere trasmesso via cavo su grandi distanze con perdite relativamente basse e distribuito convenientemente tra i consumatori. La cosa principale è che questa energia, con l'aiuto di dispositivi abbastanza semplici, può essere facilmente convertita in qualsiasi altra forma: energia meccanica, interna, luminosa, ecc. Siete futuri tecnologi e in pratica vedrete tanti dispositivi diversi in cui l'energia elettrica viene convertita in altri tipi di energia. Esempi di tali attrezzature sono: pelapatate, tritacarne elettrico, affettatrice per pane...
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Tutta questa attrezzatura e molto altro ancora è inclusa in un circuito in cui scorre corrente elettrica alternata.
La corrente alternata viene generata nelle centrali elettriche. Nasce un campo elettromagnetico variabile, che cambia ripetutamente e continuamente la sua grandezza e direzione. Ciò accade nei generatori: si tratta di macchine in cui i campi elettromagnetici risultano dal fenomeno dell'induzione elettromagnetica.
La corrente alternata ha un vantaggio rispetto alla corrente continua:
tensione e corrente possono essere convertite in un intervallo molto ampio, trasformate quasi senza perdita di energia.
Allora, cos'è la corrente elettrica alternata?
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La corrente elettrica alternata viene prodotta nei generatori di corrente alternata.
Consideriamo il principio di funzionamento del generatore:
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In questa diapositiva lo abbiamo visto P La corrente alternata può verificarsi quando è presente una fem alternata nel circuito.
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La figura mostra schema più semplice generatore di corrente alternata.
Riferimento storico(messaggio dello studente)
Studieremo la progettazione dei generatori in modo più dettagliato nelle lezioni seguenti.
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4. Consolidamento e generalizzazione di nuovo materiale.
(Controllo della qualità, consolidamento e generalizzazione di quanto appreso, conclusioni.)
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Allora, cosa abbiamo imparato in classe oggi:
- cos'è la corrente elettrica alternata?
- Quale fenomeno è la base per ottenere un campo elettromagnetico alternato in un circuito?
- qual è la differenza di fase tra le oscillazioni di corrente e tensione attraverso la resistenza attiva?
Come si confrontano i valori effettivi della corrente e della tensione alternata con i valori della corrente e della tensione continua?
- Come viene determinata la potenza in un circuito di corrente alternata?
Prestazione compito di prova seguito da autotest)
Diapositiva 15
La soluzione del problema
Diapositiva 16, 17
6. Riassumendo la lezione.
(Votazione e commento.)
Diapositiva 18
7. Compiti a casa: § 31, 32; G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev “FISICA – 11”.
p. 102 esercizio 4 compito n. 5.
Preparare abstract sui seguenti argomenti:
1. “Nuovi tipi moderni di generatori”
2. “Apparecchiature per esercizi di ristorazione pubblica in cui l'energia elettrica viene convertita in altri tipi di energia”.
Scarica l'estratto
La corrente alternata è un'oscillazione elettrica forzata. La corrente alternata, a differenza della corrente continua, cambia continuamente sia in grandezza che in direzione, e questi cambiamenti si verificano periodicamente, cioè si ripetono esattamente a intervalli di tempo uguali. Lascia che ci sia una fonte di corrente nel circuito, la cui fem cambia periodicamente. - si tratta di cambiamenti periodici di corrente e tensione in un circuito elettrico che si verificano sotto l'influenza di campi elettromagnetici alternati fonte esterna Le correnti alternate sono inoltre considerate quasi stazionarie, cioè a valori istantanei di tutti grandezze elettriche Si applicano le leggi DC.
Elettrico variabile
attuale.
Generatore di corrente alternata.
Definizione La corrente alternata presenta numerosi vantaggi rispetto a CC: Per la produzione Si applica la corrente CA tensione sinusoidale. La frequenza CA è il numero di oscillazioni in 1 s La frequenza CA industriale standard è 50 Hz. È un dispositivo elettromeccanico che converte l'energia meccanica in energia elettrica a corrente alternata. I sistemi che producono corrente alternata sono noti in forme semplici sin dalla scoperta dell'induzione magnetica della corrente elettrica. Il principio di funzionamento del generatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica: la presenza di tensione elettrica nell'avvolgimento dello statore situato in un campo magnetico alternato. Viene creato utilizzando un elettromagnete rotante - un rotore - quando la corrente continua passa attraverso il suo avvolgimento. Vista generale di un generatore di corrente alternata con poli interni; Rotore
è un induttore e statore
- ancora. Schema del dispositivo generatore:
1
- ancoraggio fisso; 2
- induttore rotante; Anelli a 3 scorrimento; 4- spazzole che scivolano su di essi. Induttore rotante Generatore 1
(rotore) e armatura (statore) 2,
nel cui avvolgimento viene indotta corrente. Tipi di generatori: Turbogeneratore - È un generatore azionato da una turbina a vapore o a gas. Tipi di generatori: Unità diesel-
un generatore il cui rotore è azionato da un motore a combustione interna. Idrogeneratore
fa ruotare una turbina idraulica. Per utilizzare le anteprime delle presentazioni, crea un account Google e accedi ad esso: https://accounts.google.com Insegnante di fisica presso MSGU Ekaterina Vladimirovna Alekseeva Presentazione sulla fisica Argomenti della presentazione 1) Corrente elettrica alternata. 2) Resistenza attiva. Valori effettivi di corrente e tensione. 3) Condensatore nel circuito AC. 4) Induttore in un circuito a corrente alternata. Come sappiamo, la corrente (elettrica) può essere alternata o costante. La corrente alternata (inglese: corrente alternata) è una corrente elettrica che cambia periodicamente in intensità e direzione. Attualmente, la corrente elettrica alternata è molto utilizzata. Può essere ottenuto utilizzando generatori elettrici di corrente alternata sfruttando l'effetto dell'induzione elettromagnetica. La figura mostra un'installazione primitiva per la generazione di corrente alternata. Il principio di funzionamento dell'installazione è semplice. Il telaio metallico ruota in un campo magnetico uniforme a velocità costante. Le estremità del telaio sono fissate ad anelli che ruotano con esso. Le molle che fungono da contatti si adattano saldamente agli anelli. Un flusso magnetico variabile fluirà continuamente attraverso la superficie del telaio, ma il flusso creato dall'elettromagnete rimarrà costante. A questo proposito, nel telaio si verificherà una fem indotta. La corrente alternata si riferisce anche alla corrente nelle reti convenzionali monofase e trifase. In questo caso i valori istantanei di corrente e tensione cambiano secondo una legge armonica. Corrente elettrica alternata La corrente alternata nella rete di illuminazione di un appartamento, utilizzata nelle fabbriche, ecc., non è altro che oscillazioni elettromagnetiche forzate. Queste fluttuazioni di tensione sono facili da rilevare utilizzando un oscilloscopio (Fig. 4.8). La frequenza standard della corrente alternata industriale è 50 Hz. Ciò significa che nell'arco di 1 s la corrente scorre 50 volte in una direzione e 50 volte nella direzione opposta. Una frequenza di 50 Hz è accettata per la corrente industriale in molti paesi del mondo. Negli USA la frequenza accettata è 60 Hz. Se la tensione alle estremità del circuito cambia secondo una legge armonica, anche l'intensità del campo elettrico all'interno dei conduttori cambierà in modo armonioso. La tensione alternata nelle prese della rete di illuminazione viene creata dai generatori nelle centrali elettriche. Un telaio metallico che ruota in un campo magnetico uniforme e costante può essere considerato il modello più semplice di un generatore di corrente alternata. Il flusso di induzione magnetica Ф, che penetra in un telaio metallico di area S, è proporzionale al coseno dell'angolo a tra la normale al telaio e il vettore di induzione magnetica (Fig. 4.9): Ф = BScos a Con rotazione uniforme del frame, l'angolo a aumenta in modo direttamente proporzionale al tempo: a = 2П nt, dove n – frequenza di rotazione. Pertanto, il flusso dell'induzione magnetica cambia armoniosamente: Ф = BS cos 2 П nt, Qui 2П n è il numero di oscillazioni del flusso magnetico in 2П s. Questa è la FREQUENZA CICLICA delle oscillazioni w=2 П n => Ф = BScoswt Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, la fem di induzione nel telaio è uguale alla velocità di variazione del flusso di induzione magnetica presa con il segno "-", cioè la derivata del flusso di induzione magnetica rispetto al tempo: Se un circuito oscillatorio è collegato al telaio, quindi la velocità angolare w di rotazione del telaio determinerà la frequenza w delle oscillazioni dei valori EMF, la tensione in diverse parti del circuito e l'intensità della corrente. Se la tensione cambia con una frequenza ciclica, la corrente nel circuito cambierà con la stessa frequenza. Ma le fluttuazioni di corrente non devono necessariamente essere in fase con le fluttuazioni di tensione. Pertanto, nel caso generale, l'intensità della corrente i in qualsiasi momento (valore istantaneo dell'intensità della corrente) è determinata dalla formula. Qui I m è l'ampiezza dell'intensità della corrente, ovvero il valore assoluto massimo dell'intensità della corrente, e è la differenza di fase (spostamento) tra le fluttuazioni della forza e della tensione corrente. Resistenza attiva. Valori effettivi di corrente e tensione. Passiamo a una considerazione più dettagliata dei processi che si verificano in un circuito collegato a una sorgente di tensione alternata. Intensità attuale in valore con resistenza. Lascia che il circuito sia costituito da fili di collegamento e un carico con bassa induttanza e alta resistenza R (Fig. 4.10). Questa grandezza, che finora abbiamo chiamato resistenza elettrica o semplicemente resistenza, verrà ora chiamata resistenza attiva. La resistenza R è detta attiva perché in presenza di un carico che presenta questa resistenza, il circuito assorbe energia proveniente dal generatore. Questa energia si trasforma in energia interna dei conduttori: si riscaldano. Assumeremo che la tensione ai terminali del circuito cambi secondo la legge armonica: u = U m cos w t Come nel caso della corrente continua, il valore istantaneo della corrente è direttamente proporzionale al valore istantaneo della tensione. Pertanto, per trovare il valore istantaneo della corrente, è possibile applicare la legge di Ohm: in un conduttore con resistenza attiva, le fluttuazioni di corrente coincidono in fase con le fluttuazioni di tensione (Fig. 4.1 7) e l'ampiezza della corrente è determinata dall'uguaglianza Potenza in un circuito con un resistore. In un circuito di corrente alternata di frequenza industriale (v = 50 Hz), la corrente e la tensione cambiano in modo relativamente rapido. Pertanto, quando la corrente passa attraverso un conduttore, come il filamento di una lampadina, anche la quantità di energia rilasciata cambierà rapidamente nel tempo. Ma non notiamo questi rapidi cambiamenti. Di norma, dobbiamo conoscere la potenza attuale media in una sezione di un circuito per un lungo periodo di tempo, compresi molti periodi. Per fare ciò è sufficiente trovare la potenza media su un periodo. Per potenza media in un periodo, la corrente alternata è intesa come il rapporto tra l'energia totale che entra nel circuito in un periodo e il periodo. La potenza in un circuito CC in una sezione con resistenza R è determinata dalla formula: P = I 2 R. (4.18) In un periodo di tempo molto breve, la corrente alternata può essere considerata quasi costante. Pertanto, la potenza istantanea in un circuito di corrente alternata in una sezione avente resistenza attiva R è determinata dalla formula: P = i 2 R. (4.19) Troviamo il valore medio della potenza nel periodo. Per fare ciò, trasformiamo prima la formula (4.19), sostituendo in essa l'espressione (4.16) con l'intensità attuale e utilizzando la relazione nota dalla matematica La potenza media è uguale al primo termine della formula (4.20). Il valore pari alla radice quadrata del valore medio del quadrato dell'intensità della corrente è chiamato valore efficace dell'intensità della corrente alternata. Il valore effettivo dell'intensità della corrente alternata è indicato con I: Il valore effettivo dell'intensità della corrente alternata è uguale all'intensità di tale corrente continua che nel conduttore viene rilasciata la stessa quantità di calore della corrente alternata per lo stesso tempo. Il valore efficace della tensione alternata è determinato in modo simile al valore efficace della corrente: Sostituendo i valori di ampiezza di corrente e tensione nella formula (4.17) con i loro valori effettivi, otteniamo la legge di Ohm per una sezione di un circuito di corrente alternata con un resistore. Come nel caso delle vibrazioni meccaniche, nel caso delle vibrazioni elettriche di solito lo siamo non interessato ai valori di corrente, tensione e altre quantità in ogni momento nel tempo. Sono importanti le caratteristiche generali delle oscillazioni, quali ampiezza, periodo, frequenza, valori efficaci di corrente e tensione, potenza media. Sono i valori effettivi di corrente e tensione che vengono registrati dagli amperometri e dai voltmetri a corrente alternata. Inoltre i valori efficaci sono più convenienti dei valori istantanei anche perché determinano direttamente il valore medio della potenza in corrente alternata P: P = I 2 R = UI. Condensatore in un circuito CA La corrente continua non può fluire attraverso un circuito contenente un condensatore. Infatti, in questo caso, il circuito risulta essere aperto, poiché le piastre del condensatore sono separate da un dielettrico. La corrente alternata può fluire attraverso un circuito contenente un condensatore. Ciò può essere verificato attraverso un semplice esperimento. Diamo fonti di tensioni continue e alternate e la tensione costante ai terminali della sorgente è uguale al valore efficace della tensione alternata. Il circuito è costituito da un condensatore e una lampada a incandescenza (Fig. 4.13), collegati in serie. Quando la tensione continua è accesa (l'interruttore è girato a sinistra, il circuito è collegato ai punti AA"), la lampada non si accende. Ma quando è accesa la tensione alternata (l'interruttore è girato a destra, il circuito è collegato ai punti BB"), la lampada si accende se la capacità del condensatore è sufficientemente grande. Come può la corrente alternata fluire attraverso il circuito se è effettivamente aperto (le cariche non possono muoversi tra le armature del condensatore)? Il fatto è che il condensatore viene periodicamente caricato e scaricato sotto l'influenza della tensione alternata. La corrente che scorre nel circuito quando il condensatore viene ricaricato riscalda il filamento della lampada. Stabiliamo come cambia l'intensità della corrente nel tempo in un circuito contenente solo un condensatore, se si può trascurare la resistenza dei fili e delle armature del condensatore (Fig. 4.14). Tensione sul condensatore L'intensità della corrente, che è la derivata della carica rispetto al tempo, è uguale a: Pertanto, le fluttuazioni di corrente sono in anticipo in fase delle fluttuazioni di tensione sul condensatore in (Fig. 4.15). I m = U m C (4.29) L'ampiezza della corrente è uguale a: Se introduciamo la notazione: e invece delle ampiezze di corrente e tensione, usiamo i loro valori efficaci, otteniamo: Il valore di X c, l'inverso del prodotto C della frequenza ciclica e della capacità elettrica del condensatore, è chiamata capacità . Il valore efficace della corrente è correlato al valore efficace della tensione sul condensatore nello stesso modo in cui la corrente e la tensione sono correlate secondo la legge di Ohm per una sezione di un circuito CC. Maggiore è la capacità del condensatore, maggiore è la corrente di ricarica. Ciò è facile da rilevare dall'aumento dell'incandescenza della lampada all'aumentare della capacità del condensatore. Mentre la resistenza di un condensatore alla corrente continua è infinita, la sua resistenza alla corrente alternata ha un valore finito X c . All'aumentare della capacità, diminuisce. Inoltre diminuisce con l'aumentare della frequenza. La resistenza del circuito con un condensatore è inversamente proporzionale al prodotto della frequenza ciclica e della capacità elettrica. Le fluttuazioni di corrente sono in anticipo rispetto alle fluttuazioni di tensione in fase INDUTTANZA IN UN CIRCUITO CA L'induttanza in un circuito influisce sull'intensità della corrente alternata. Ciò può essere dimostrato con un semplice esperimento. Montiamo un circuito da una bobina ad alta induttanza e una lampada a incandescenza elettrica (Fig. 4.16). Utilizzando un interruttore, è possibile collegare questo circuito a una sorgente di tensione CC o a una sorgente di tensione CA. In questo caso la tensione continua e il valore efficace della tensione alternata devono essere uguali. L'esperienza dimostra che la lampada emette una luce più intensa a tensione costante. Di conseguenza, il valore efficace della corrente alternata nel circuito in esame è inferiore alla corrente continua. Questa differenza è spiegata dal fenomeno dell'autoinduzione. Se la tensione cambia rapidamente, la forza attuale non avrà il tempo di raggiungere i valori che acquisirebbe nel tempo a tensione costante. Di conseguenza, il valore massimo della corrente alternata (la sua ampiezza) è limitato dall'induttanza del circuito e sarà inferiore, maggiore è l'induttanza e maggiore è la frequenza della tensione applicata. Determiniamo l'intensità della corrente in un circuito contenente una bobina la cui resistenza attiva può essere trascurata (Fig. 4.17). Per fare ciò, troviamo innanzitutto la connessione tra la tensione sulla bobina e la fem di autoinduzione in essa contenuta. Se la resistenza della bobina è zero, l'intensità del campo elettrico all'interno del conduttore deve essere zero in qualsiasi momento. Altrimenti, la forza attuale, secondo la legge di Ohm, sarebbe infinitamente grande. L'intensità del campo pari a zero è possibile perché l'intensità del campo elettrico a vortice generato dal campo magnetico alternato in ciascun punto è uguale in grandezza e opposta in direzione all'intensità del campo di Coulomb creato nel conduttore dalle cariche situate nel punto terminali della sorgente e nei fili del circuito. Dall'uguaglianza = - k i ne consegue che il lavoro specifico del campo di vortice (cioè la fem di autoinduzione e i) è uguale in grandezza e opposto in segno al lavoro specifico del campo di Coulomb. Considerando che il lavoro specifico del campo di Coulomb è pari alla tensione ai capi della bobina, possiamo scrivere: e і = - u. Quando la corrente cambia secondo la legge armonica: i = I m sin t La fem di autoinduzione è pari a: e i = - L i " = - L l m cos t. Poiché u = - e i, la tensione ai capi di la bobina risulta essere uguale Di conseguenza, le oscillazioni di tensione sulla bobina sono in anticipo in fase rispetto alle oscillazioni di corrente oppure, che è la stessa cosa, le oscillazioni di corrente sono in fase rispetto alle oscillazioni di tensione di (Fig. 4.18). L'ampiezza della corrente nella bobina è uguale a: e invece delle ampiezze della corrente e della tensione, usiamo i loro valori effettivi, quindi otteniamo: Il valore X L, uguale al prodotto della frequenza ciclica e dell'induttanza, è chiamato reattanza induttiva. Secondo la formula (4.35), il valore efficace della corrente è legato al valore efficace della tensione e della reattanza induttiva da una relazione simile alla legge di Ohm per un circuito a corrente continua. La reattanza induttiva dipende dalla frequenza. La corrente continua non "nota" affatto l'induttanza della bobina. A = 0 la reattanza induttiva è zero (X L = 0). Più velocemente cambia la tensione, maggiore è l'EMF di autoinduzione e minore è l'ampiezza della corrente. Un induttore fornisce resistenza alla corrente alternata. Questa resistenza, chiamata resistenza induttiva, è pari al prodotto della frequenza ciclica e dell'induttanza. Fluttuazioni di corrente in un circuito con ritardo di induttanza in fase dalle fluttuazioni di tensione in poi
Può la corrente cambiare nel tempo in modo tale che in ogni momento sia la stessa in ogni punto del circuito? La corrente, cioè il movimento direzionale delle cariche, è causata da un campo elettrico. Pertanto il tempo di instaurazione della corrente nel circuito t è determinato solo dalla velocità di propagazione campo elettrico, cioè la velocità della luce con (L è la lunghezza del circuito): t = L/c Questo tempo deve essere confrontato con il tempo caratteristico di variazione del campo elettrico (tensione della sorgente di corrente). Nel caso di periodico e. d.s. questa volta è semplicemente un periodo di fluttuazioni di tensione sull'e. d.s. T. Ad esempio, nel ns reti elettriche la tensione (e la corrente) oscilla ad una frequenza di 50 Hz, cioè 50 volte al secondo. Il periodo di oscillazione è T = 0,02 s. Lascia che la lunghezza del nostro circuito sia L = 100 m. Quindi il rapporto t / T sarà di circa 10 -5 - questo è esattamente l'errore relativo molto piccolo che faremo se utilizziamo le leggi della corrente continua per il nostro circuito con corrente alternata. . Corrente alternata in un circuito per il quale è soddisfatta la relazione t<
La corrente alternata è una corrente elettrica che cambia nel tempo secondo una legge armonica (sinusoidale). I = I 0 ·sin(ω t+ φ), ampiezza delle oscillazioni frequenza delle oscillazioni fase delle oscillazioni Secondo il teorema di Fourier, qualsiasi oscillazione può essere rappresentata come una somma di oscillazioni armoniche. Pertanto, le oscillazioni sinusoidali o armoniche sono sia il tipo di oscillazione più importante che quello più semplice.
Resistenza in un circuito a corrente alternata Lascia che il circuito esterno abbia un'induttanza e una capacità così piccole da poter essere trascurate. Sia la fase iniziale φ = 0. La corrente che attraversa la resistenza cambia secondo la legge: I = I 0 · sin (ω t + φ) Secondo la legge di Ohm per il circuito a Rδ: U = I · R = I 0 · R · peccato ω t. Pertanto, anche la tensione alle estremità della sezione del circuito cambia secondo una legge sinusoidale e la differenza di fase tra le fluttuazioni della corrente I e della tensione U è zero. Il valore massimo di U è: UU 00 R R = I= I 00 ·R·R Alle basse frequenze della corrente alternata, la resistenza attiva del conduttore non dipende dalla frequenza e praticamente coincide con la sua resistenza elettrica in un circuito a corrente continua.
Di conseguenza, in un conduttore con resistenza attiva, le fluttuazioni di fase della corrente coincidono con le fluttuazioni di tensione e l'ampiezza della corrente è uguale all'ampiezza della tensione divisa per la resistenza:
L'ampiezza delle fluttuazioni di tensione in un circuito a corrente alternata può essere espressa attraverso i valori di ampiezza della tensione sui suoi singoli elementi utilizzando il metodo del diagramma vettoriale. Scegliamo l'asse x del diagramma in modo che il vettore che rappresenta le fluttuazioni attuali sia diretto lungo questo asse. Nel seguito lo chiameremo asse corrente. Metodo dei diagrammi vettoriali I 0 Poiché l'angolo φ tra le oscillazioni di tensione e corrente attraverso il resistore è zero, il vettore che rappresenta le oscillazioni di tensione attraverso la resistenza R sarà diretto lungo l'asse della corrente. La sua lunghezza è pari a I 0 · R.
Condensatore in un circuito a corrente alternata Consideriamo i processi che si verificano in un circuito elettrico a corrente alternata con un condensatore. Lascia che la tensione sia applicata alla capacità. Trascuriamo l'induttanza del circuito e la resistenza dei fili, quindi la tensione sul condensatore può essere considerata uguale alla tensione esterna. φ A - φ B = U = q/C, ma I = dq/dt, quindi dt. Iq I = I 0 · sin ω t la corrente varia secondo la legge, da cui 00 0 cossin qt. Io devo. Iq La costante di integrazione q 0 denota una carica arbitraria non associata alle fluttuazioni di corrente, quindi possiamo assumere q 0 =
) 2 sin(cos 000 t C I UThen Di conseguenza, le fluttuazioni di tensione sulle piastre del condensatore in un circuito di corrente alternata ritardano in fase rispetto alle fluttuazioni di corrente di π/2 (oppure le fluttuazioni di corrente portano alle fluttuazioni di tensione di fase di π/2). Ciò significa: che nel momento in cui il condensatore inizia a caricarsi, la corrente è massima e la tensione è zero. Dopo che la tensione ha raggiunto il suo massimo, la corrente diventa zero, ecc. Il significato fisico di ciò è il seguente: affinché la tensione si verifichi il condensatore, deve esserci una carica di dispersione dovuta al flusso di corrente nel circuito, quindi la tensione è in ritardo rispetto alla corrente.
Il rapporto tra l'ampiezza delle fluttuazioni di tensione sul condensatore e l'ampiezza delle fluttuazioni di corrente è chiamato reattanza capacitiva del condensatore (indicata con X C): Valore. C IU 1 00 e secondo la legge di Ohm U = I · R C XC 1 svolge il ruolo della resistenza della sezione del circuito Si chiama resistenza apparente della capacità (capacità). diagramma vettoriale
Induttanza in un circuito a corrente alternata Si applichi una tensione ai capi di una bobina di induttanza L con resistenza e capacità trascurabili. L'induttanza di un circuito percorso da corrente è il coefficiente di proporzionalità tra la corrente che scorre attraverso il circuito e il flusso magnetico risultante. L'induttanza L dipende dalla forma e dalle dimensioni del circuito, nonché dalle proprietà del mezzo Ф = L · I. In presenza di corrente alternata nell'induttore, si verificherà una fem autoinduttiva L'equazione della legge di Ohm si verificherà essere scritto come segue: U = I · R – =0 ILF
) 2 sin(cos]sin= π la loro somma è zero e rimane solo l'oscillazione della tensione attraverso la resistenza attiva. Poiché il fattore di qualità dei circuiti oscillatori convenzionali è maggiore dell'unità, le ampiezze della tensione U o. L e U o. C sono maggiori dell'ampiezza della tensione ai capi del circuito U o.
Didascalie delle diapositive: