Индуктивное сопротивление его природа

Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса , страница 10

Коренное отличие емкостного сопротивления от активного: активное сопротивление ограничивает силу тока в цепи и полностью преобразует подводимую к нему энергию электромагнитного поля во внутреннюю энергию, а емкостное сопротивление только ограничивает силу тока, но не преобразует энергию электромагнитного поля в другие виды энергии. Поэтому, в отличие от активного сопротивления, емкостное сопротивление называют реактивным.

12 Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением

Подключим к источнику постоянного тока, например к аккумулятору, цепь, состоящую из катушки индуктивности, намотанной из толстого медного провода, амперметра и вольтметра. Несмотря на то, что напряжение мало, по цепи идет большой ток. Это объясняется тем, что сопротивление катушки мало.

Если источник постоянного тока заменить источником переменного тока с таким же напряжением, то мы заметим, что сила тока в цепи станет значительно меньшей. Итак, для переменного тока катушка индуктивности представляет большее сопротивление, чем для постоянного. Сопротивление, оказываемое катушкой индуктивности переменному току, обусловленное колебаниями тока, называется индуктивным сопротивлением и обозначается через Х_L.

Природа индуктивного сопротивления состоит в следующем. Протекающий по катушке переменный ток создает переменное магнитное поле. Линии индукции этого магнитного поля пронизывают витки катушки. Поэтому в витках катушки возникает индуцированное электрическое поле, которое в соответствии с законом Ленца противодействует изменениям силы тока в цепи. Это приводит к уменьшению амплитуды переменного тока. Действие индуцированного электрического поля и учитывается при вычислении силы тока как наличие у катушки особого сопротивления переменному току – индуктивного сопротивления X_L

а) Фазовые соотношения. Подключив двух лучевой осциллограф к клеммам катушки и параллельно активному сопротивлению R, мы заметим, что осциллограммы тока и напряжения в цепи с индуктивностью не совпадают по фазе.

Внимательное изучение осциллограмм показывает, что в цепи с индуктивностью колебания тока и напряжения сдвинуты по фазе на п/2. При этом колебания напряжения опережают колебания тока. Если,

б) Закон Ома. Несовпадение колебаний тока и напряжения по фазе приводит к тому, что закон Ома (в том виде, в каком он был сформулирован для постоянного тока) в цепи переменного тока с индуктивностью несправедлив для мгновенных значений силы тока и напряжения. Однако, он справедлив для максимальных и действующих значений.

в) Формула индуктивного сопротивления. Выясним, от каких причин и как зависит индуктивное сопротивление. Мы знаем, что в любой момент времени напряжение на катушке равно по модулю ЭДС самоиндукции .Поэтому

Но ЭДС самоиндукции выражается формулой

где i есть производная от тока по времени. Так как

При sinwt=1 напряжение принимает максимальное значение

Величина Х_l и есть индуктивное сопротивление:

г) Преобразование энергии. Найдем мощность в цепи переменного тока, содержащей только индуктивность. Мы знаем, что мощность в цепи переменного тока определяется формулой:

так как колебания тока в цепи, содержащей только индуктивность, отстают от колебаний напряжения на, то

Как и в случае цепи с конденсатором, цепь, содержащая только индуктивность, не преобразует подводимую к ней от источника энергию. На рисунке 13 показан график изменения мгновенной мощности. В течение первой и третьей четверти периода мгновенная мощность положительна, и в цепи с индуктивностью за счет энергии генератора создается магнитное поле, энергия которого увеличивается от нуля до некоторого наибольшего значения. В течение второй и третьей четверти периода мгновенная мощность отрицательна. Это значит, что запасенная в магнитном поле энергия возвращается обратно генератору. Таким образом, энергия, полученная цепью с индуктивностью за каждый период, равна нулю и, следовательно, равна нулю средняя мощность переменного тока в этой цепи:

Источник

18 Лаба 18

1.Какова физическая природа индуктивного сопротивления?

в цепи переменного тока — реактивная часть сопротивления двухполюсника (см. Импеданс), в к-ром синусоидальный ток отстаёт по фазе от приложенного напряжения подобно тому, как это имеет место для катушки самоиндукции. В идеальном случае, когда катушка самоиндукции может быть охарактеризована единств. параметром — индуктивностью L=const, И. с. определяется как отношение амплитуд напряжения и тока и равно X_L=wL(w — циклич. частота). При этом ток отстаёт по фазе от напряжения точно на угол p/2, вследствие чего в среднем за период не происходит ни накопления эл.-магн. энергии в катушке, ни её диссипации: дважды за период энергия накачивается внутрь катушки (в основном в виде энергии магн. поля) и дважды возвращается обратно источнику (или во внеш. цепь).Принято считать, что реактанс произвольного двухполюсника (мнимая часть его импеданса Z=R+iX )имеет индуктивный характер, если он положителен [Х>0, при ехр (iwt)-описании временной зависимости величин]. Именно этот признак, а не пропорциональность X частоте w характерен для И. с. В принципе ф-ция X(w) для И. с. может быть произвольной (известные ограничения накладывают только Крамерса — Кронига соотношения); более того, даже реактивная энергия, связанная с И. с., не обязательно должна быть преимущественно магнитной. И. с. в микросхемах довольно часто воспроизводятся с помощью фазовращателей (гираторов). Отметим также, что один и тот же двухполюсник может вести себя по-разному в разл. диапазонах частот. Так, колебат. контур, составленный из параллельно соединённых катушек самоиндукции (с индуктивностью L )и конденсатора (с ёмкостью С), на частотах ниже резонансной w>w _р=1/ Ц LC ведёт себя как И. с., а при w>w_p— как ёмкостное сопротивление

2.Какими единицами измеряется индуктивность? Определение единицы.

Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность [1] , краем которой является этот контур. [2][3][4] .

—магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.

3.Какова физическая природа емкостного сопротивления?

Это в переменном токе. ток в емкостной нагрузке обгоняет напряжение в индуктивной — запаздывает для расчетов вводится мнимая единица — корень из -1 в общем муть сплошная. читай ТОЭ, учись хорошо. Удачи!

Емкостное сопротивление это сопротивление переменному току, которое оказывает электрическая емкость. Ток в цепи с емкостью опережает напряжение по фазе на 90 градусов. Емкостное сопротивление является реактивным, то есть потерь энергии в нем не происходит как, например, в активном сопротивлении. Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте переменного тока.

Проведем эксперимент, для этого нам понадобится. Конденсатор лампа накаливания и два источника напряжения один постоянного тока другой переменного. Для начала построим цепь, состоящую из источника постоянного напряжения, лампы и конденсатора все это включено последовательно.

Рисунок 1 — конденсатор в цепи постоянного тока

При включении тока лампа вспыхнет на короткое время, а потом погаснет. Так как для постоянного тока конденсатор имеет большое электрическое сопротивление. Оно и понятно ведь между обкладками конденсатора находится диэлектрик, через который постоянный ток не способен пройти. А вспыхнет лампа по тому, что в момент включения источника постоянного напряжения идет кратковременный импульс тока, заряжающий конденсатор. А раз ток идет значит и лампа светится.

Теперь в этой цепи заменим источник постоянного напряжения на генератор переменного. При включении такой цепи мы обнаружим, что лампа буде светится непрерывно. Происходит это по тому, что конденсатор в цепи переменного тока заряжается за четверть периода. Когда напряжение на нем достигнет амплитудного значения, напряжение на нем начинает уменьшаться, и он будет, разряжается следующие четверть периода. В следующие пол периода процесс повторится снова, но напряжение в этот раз уже будет отрицательным.

Таким образом, в цепи непрерывно течет ток хотя он и меняет при этом свое направление дважды за период. Но через диэлектрик конденсатора заряды не проходят. Как же это происходит.

Представим себе конденсатор, подключаемый к источнику постоянного напряжения. При включении, источник убирает электроны с одной обкладки, тем самым создавая на ней положительный заряд. А на второй обкладке добавляет электронов, создавая тем самым равный по величине, но противоположный по знаку отрицательный заряд. В момент перераспределения зарядов в цепи протекает ток заряда конденсатора. Хотя электроны при этом не движутся через диэлектрик конденсатора.

Рисунок 2 — заряд конденсатора

Если теперь из цепи исключить конденсатор, то лампа будет светить ярче. Это говорит о том, что емкость создает сопротивление, току ограничивая его величину. Происходит это из-за того что при заданной частоте тока значение ёмкости мало и она не успевает накопить достаточно энергии в виде зарядов на своих обкладках. И при разряде будет протекать ток меньше чем способен развить источник тока.

Отсюда следует, что емкостное сопротивление зависит как от частоты, так и от величины емкости конденсатора.

Источник