Элементарный учебник физики Т2
Элементарный учебник физики Т2
ОглавлениеИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮГлава I. Электрические заряды § 1. Электрическое взаимодействие. § 2. Проводники и диэлектрики. § 3. Разделение тел на проводники и диэлектрики § 4. Положительные и отрицательные заряды § 5. Что происходит при электризации? § 6. Электронная теория. § 7. Электризация трением. § 8. Электризация через влияние. § 9. Электризация под действием света. § 10. Закон Кулона. § 11. Единица заряда. Глава II. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ § 12. Действие электрического заряда на окружающие тела. § 13. Понятие об электрическом поле. § 14. Напряженность электрического поля. § 16. Электрическое поле в диэлектриках и в проводниках. § 17. Графическое изображение полей. § 18. Основные особенности электрических карт. § 19. Применение метода линий поля к задачам электростатики. § 20. Работа при перемещении заряда в электрическом поле.  § 21. Разность потенциалов (электрическое напряжение). § 22. Эквипотенциальные поверхности. § 23. В чем смысл введения разности потенциалов? § 24. Условия равновесия зарядов в проводниках. § 25. Электрометр. § 26. В чем различие между электрометром и электроскопом? § 28. Измерение разности потенциалов в воздухе. Электрический зонд. § 29. Электрическое поле Земли. § 30. Простейшие электрические поля. § 31. Распределение зарядов в проводнике. Клетка Фарадея. § 32. Поверхностная плотность заряда. § 33. Конденсаторы. § 34. Различные типы конденсаторов. § 35. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. § 36. Диэлектрическая проницаемость. § 37. Почему электрическое поле ослабляется внутри диэлектрика? § 38. Энергия заряженных тел. Энергия электрического поля. Глава III. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 39. Электрический ток и электродвижущая сила.  § 41. Направление тока. § 42. Сила тока. § 43. «Скорость электрического тока» и скорость движения носителей заряда. § 44. Гальванометр. § 45. Распределение напряжения в проводнике с током. § 46. Закон Ома. § 47. Сопротивление проводов. § 48. Зависимость сопротивления от температуры. § 49. Сверхпроводимость. § 50. Последовательное и параллельное соединение проводников. § 51. Реостаты. § 52. Распределение напряжения в цепи. § 53. Вольтметр. § 54. Каким должно быть сопротивление вольтметра и амперметра? Глава IV. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА § 56. Нагревание током. Закон Джоуля-Ленца. § 57. Работа, совершаемая электрическим током. § 58. Мощность электрического тока. § 59. Контактная сварка. § 60. Электрические нагревательные приборы. Электрические печи. § 61. Понятие о расчете нагревательных приборов. § 62. Лампы накаливания. § 63. Короткое замыкание. § 64.  Электрическая проводка.Глава V. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОЛИТЫ § 65. Первый закон Фарадея. § 66. Второй закон Фарадея. § 68. Движение ионов в электролитах. § 69. Элементарный электрический заряд. § 70. Первичные и вторичные процессы при электролизе. § 71. Электролитическая диссоциация. § 72. Градуировка амперметров при помощи электролиза. § 73. Технические применения электролиза. Глава VI. ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТОКА § 74. Введение. Открытие Вольты. § 75. Правило Вольты. Гальванический элемент. § 76. Как возникают э. д. с. и ток в гальваническом элементе? § 77. Поляризация электродов. § 78. Деполяризация в гальванических элементах. § 79. Аккумуляторы. § 80. Закон Ома для замкнутой цепи. § 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с. § 83. Термоэлементы. § 84. Термоэлементы в качестве генераторов.  § 85. Измерение температуры с помощью термоэлементов. Глава VII. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ МЕТАЛЛЫ § 86. Электронная проводимость металлов. § 87. Строение металлов. § 88. Причина электрического сопротивления. § 89. Работа выхода. § 90. Испускание электронов накаленными телами. Глава VIII. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ГАЗЫ § 91. Самостоятельная и несамостоятельная проводимость газов. § 92. Несамостоятельная проводимость газа. § 94. Молния. § 95. Коронный разряд. § 96. Применения коронного разряда. § 97. Громоотвод. § 98. Электрическая дуга. § 99. Применения дугового разряда. § 100. Тлеющий разряд. § 101. Что происходит при тлеющем разряде? § 102. Катодные лучи. § 103. Природа катодных лучей. § 104. Каналовые лучи. § 105. Электронная проводимость в высоком вакууме. § 106. Электронные лампы. § 107. Электроннолучевая трубка. Глава IX. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКИ § 108.  Природа электрического тока в полупроводниках.§ 110. Полупроводниковые выпрямители. § 111. Полупроводниковые фотоэлементы. Глава X. ОСНОВНЫЕ МАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ § 112. Естественные и искусственные магниты. § 113. Полюсы магнита и его нейтральная зона. § 114. Магнитное действие электрического тока. § 115. Магнитные действия токов и постоянных магнитов. § 116. Происхождение магнитного поля постоянных магнитов. § 117. Гипотеза Ампера об элементарных электрических токах. Глава XI. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ § 118. Магнитное поле и его проявления. Магнитная индукция. § 119. Магнитный момент. Единица магнитной индукции. § 120. Измерение магнитной индукции поля с помощью магнитной стрелки. § 122. Линии магнитного поля. § 123. Приборы для измерения магнитной индукции. Глава XII. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОКОВ § 124. Магнитное поле прямолинейного проводника и кругового витка с током.  § 125. Магнитное поле соленоида. Эквивалентность соленоида и полосового магнита. § 126. Магнитное поле внутри соленоида. Напряженность магнитного поля. § 127. Магнитное поле движущихся зарядов. Глава XIII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ § 128. Магнитное поле Земли. § 129. Элементы земного магнетизма. § 130. Магнитные аномалии и магнитная разведка полезных ископаемых. Глава XIV. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ НА ПРОВОДНИКИ С ТОКОМ § 132. Введение. § 133. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. Правило левой руки. § 134. Действие магнитного поля на виток или соленоид с током. § 135. Гальванометр, основанный на взаимодействии магнитного поля и тока. § 136. Сила Лоренца. § 137. Сила Лоренца и полярные сияния. Глава XV. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ § 138. Условия возникновения индукционного тока. § 139. Направление индукционного тока.  § 140. Основной закон электромагнитной индукции. § 141. Электродвижущая сила индукции. § 142. Электромагнитная индукция и сила Лоренца. § 143. Индукционные токи в массивных проводниках. Токи Фуко. Глава XVI. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТЕЛ § 144. Магнитная проницаемость железа. § 145. Магнитная проницаемость различных веществ. Вещества парамагнитные и диамагнитные. § 146. Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном поле. Опыты Фарадея. § 147. Молекулярная теория магнетизма. § 148. Магнитная защита. § 149. Особенности ферромагнитных тел. § 150. Основы теории ферромагнетизма. Глава XVII. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК § 151. Постоянная и переменная электродвижущая сила. § 153. Амплитуда, частота и фаза синусоидального переменного тока и напряжения. § 154. Сила переменного тока. § 155. Амперметры и вольтметры переменного тока. § 156. Самоиндукция. § 157.  Индуктивность катушки.§ 158. Прохождение переменного тока через конденсатор и катушку с большой индуктивностью. § 159. Закон Ома для переменного тока. Емкостное и индуктивное сопротивления. § 160. Сложение токов при параллельном включении сопротивлений в цепь переменного тока. § 161. Сложение напряжений при последовательном соединении сопротивлений в цепи переменного тока. § 162. Сдвиг фаз между током и напряжением. § 163. Мощность переменного тока. § 164. Трансформаторы. § 165. Централизованное производство и распределение электрической энергии. § 166. Выпрямление переменного тока. Глава XVIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: ГЕНЕРАТОРЫ, ДВИГАТЕЛИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ § 167. Генераторы переменного тока. § 168. Генераторы постоянного тока. § 169. Генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. § 170. Трехфазный ток. § 171. Трехфазный электродвигатель. § 172. Электродвигатели постоянного тока. § 173. Основные рабочие характеристики и особенности двигателей постоянного тока с параллельным и последовательным возбуждением.  § 174. Коэффициент полезного действия генератора и двигателя. § 175. Обратимость электрических генераторов постоянного тока. § 176. Электромагниты. § 177. Применение электромагнитов. § 178. Реле и их применения в технике и автоматике. Ответы и решения к упражнениям Приложения Предметный указатель Таблицы |
Военно-техническая подготовка
1.3. Переменный ток
1.3.1. Параметры сигналов переменного тока.
Величина переменного тока, как и напряжения, постоянно меняется во времени. Количественными показателями для измерений и расчётов применяются их следующие параметры:
Период T – время, в течении которого происходит один полный цикл изменения тока в оба направления относительно нуля или среднего значения.
Частота f – величина, обратная периоду, равная количеству периодов за одну секунду.
Один период в секунду это один герц (1 Hz)
,
Циклическая частота ω – угловая частота, равная количеству периодов за 2π секунд.
,
Обычно используется при расчётах тока и напряжения синусоидальной формы. Тогда в пределах периода можно не рассматривать частоту и время, а исчисления производить в радианах или градусах. T = 2π = 360°
Начальная фаза ψ – величина угла от нуля ( ωt = 0) до начала периода.
Измеряется в радианах или градусах. Показана на рисунке для синего графика синусоидального тока.
Начальная фаза может быть положительной или отрицательной величиной, соответственно справа или слева от нуля на графике.
Мгновенное значение – величина напряжения или тока измеренная относительно нуля в любой выбранный момент времени t .
,
Последовательность всех мгновенных значений в любом интервале времени можно рассмотреть как функцию изменения тока или напряжения во времени.
Например, синусоидальный ток или напряжение можно выразить функцией:
,
С учётом начальной фазы:
,
Здесь I amp и U amp – амплитудные значения тока и напряжения.
Амплитудное значение – максимальное по модулю мгновенное значение за период.
,
Может быть положительным и отрицательным в зависимости от положения относительно нуля.
Часто вместо амплитудного значения применяется термин амплитуда тока (напряжения) – максимальное отклонение от нулевого значения.
Среднее значение (avg) – определяется как среднеарифметическое всех мгновенных значений за период T .
,
Среднее значение является постоянной составляющей DC напряжения и тока.
Для синусоидального тока (напряжения) среднее значение равно нулю.
Средневыпрямленное значение – среднеарифметическое модулей всех мгновенных значений за период.
,
Для синусоидального тока или напряжения средневыпрямленное значение равно среднеарифметическому за положительный полупериод.
,
Среднеквадратичное значение (rms) – определяется как квадратный корень из среднеарифметического квадратов всех мгновенных значений за период.
,
Для синусоидального тока и напряжения амплитудой Iamp ( Uamp ) среднеквадратичное значение определится из расчёта:
,
Среднеквадратичное – это действующее, эффективное значение, наиболее удобное для практических измерений и расчётов.
Является объективным количественным показателем для любой формы тока.
В активной нагрузке переменный ток совершает такую же работу за время периода, что и равный по величине его среднеквадратичному значению постоянный ток.
.
1.3.2. Виды модуляции сигналов.
Амплитудная модуляция – вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.
Пусть
S ( t ) — информационный сигнал, | S ( t ) < 1 |,
Uc ( t ) — несущее колебание.
Тогда амплитудно-модулированный сигнал Uam ( t ) может быть записан следующим образом:
(1)
Здесь m — некоторая константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал U c ( t ) , модулированный по амплитуде сигналом S ( t ) с коэффициентом модуляции m .
Предполагается также, что выполнены условия:
,
Выполнение условий (2) необходимо для того, чтобы выражение в квадратных скобках в (1) всегда было положительным. Если оно может принимать отрицательные значения в какой-то момент времени, то происходит так называемая перемодуляция (избыточная модуляция). Простые демодуляторы (типа квадратичного детектора) демодулируют такой сигнал с сильными искажениями.
Амплитудной модуляции свойственны следующие существенные недостатки:
1) приему амплитудно-модулированных сигналов сильно мешают индустриальные и атмосферные помехи;
2) в процессе модуляции лампа используется по мощности полностью только при подаче максимального мгновенного модулирующего напряжения, а во все остальное время она недоиспользуется.
Эти недостатки в значительной степени устраняются при частотной и фазовой модуляции.
Рис 1.
Амплитудная модуляция с различным коэффициентом модуляции.
Рис 2. Спектр АМ колебания.
Частотная модуляция – вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.
Основными характеристиками частотной модуляции являются девиация (отклонение) и индекс модуляции .
Девиация частоты (frequency deviation) – наибольшее отклонение значения модулированного сигнала от значения его несущей частоты.
Единицей девиации частоты является герц (Hz), а также кратные ему единицы.
Индекс модуляции (modulation index) – отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала.
Колебание называют частотно-модулированным (ЧМ), если частота его изменяется пропорционально передаваемому колебанию (например звуковому) S(t). Следовательно, угловая частота такого колебания должна равняться:
,
где ω 0 и a – некоторые постоянные, которые выбираются так, чтобы частота ω изменялась в желаемых пределах.
Рис 3.
Пример частотной модуляции по линейному закону.
Рис 4. Пример частотной модуляции. Вверху — информационный сигнал на фоне несущего колебания. Внизу — результирующий сигнал.
Фазовая модуляция – вид модуляции, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазомодулированный сигнал s(t) имеет следующий вид:
,
где g(t) — огибающая сигнала; φ ( t ) является модулирующим сигналом; f c — частота несущего сигнала; t — время.
Фазовая модуляция, не связанная с начальной фазой несущего сигнала, называется относительной фазовой модуляцией (ОФМ).
Рис 5. Пример фазовой модуляции – двоичная фазовая модуляция BPSK.
Рис 6. AM,FM модуляции.
1.3.3. Особенности цепей переменного тока.
Переменный ток изменяется во времени по синусоидальному закону. Время, за которое совершается полный цикл изменений по величине и направлению, называется периодом. При векторном изображении синусоиды вектор периодически описывает угол а, равный 360° или в дуговом (радианном) измерении равный 2π. Следовательно, первый полупериод оканчивается при α = π, а первое максимальное значение синусоида принимает при π/2. Время, за которое вектор описывает угол 2π [рад], называется периодом и обозначается буквой Т.
Число периодов в секунду называется частотой и обозначается буквой f.
Отсюда
[1/сек] ,
За единицу частоты принят герц (гц). Частота промышленной сети переменною тока обычно равна 50 гц.
В теории переменного тока часто приходится иметь дело с круговой частотой
[1/сек] ,
В течение периода переменный ток, изменяющийся. по синусоидальному закону, достигает максимального значения 2 раза (при π/2 и Зπ/2). Максимальное значение тока или напряжения обозначают соответственно буквами Iмакс и, Uмакс. Действующее значение переменного тока равно величине такого постоянного тока, который, проходя через сопротивление, выделяет в нем (за одинаковое время с переменным током) равное количество тепла:
,
.
Следует иметь в виду, что, например, при расчете токовой нагрузки проводов принимается во внимание действующее значение тока.
Это положение во многих случаях распространяется и на напряжение. Лишь при расчете изоляции на пробой необходимо учитывать максимальное (мгновенное) значение напряжения, так как пробой может произойти во время прохождения напряжения через максимум. На шкалах измерительных приборов указываются, как правило, действующие значения тока или напряжения.
Резистор в цепи переменного тока
| . |
Здесь через IR обозначена амплитуда тока, протекающего через резистор. Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе выражается соотношением
Фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю.
Физическая величина R называется активным сопротивлением резистора .
Конденсатор в цепи переменного тока
| , |
. |
Соотношение между амплитудами тока IC и напряжения UC :
.
Ток опережает по фазе напряжение на угол π/2.
Физическая величина
называется емкостным сопротивлением конденсатора .
Катушка в цепи переменного тока
| , |
. |
Соотношение между амплитудами тока IL и напряжения UL :
.
Ток отстает по фазе от напряжения на угол π/2.
Физическая величина XL = ω L называется индуктивным сопротивлением катушки .
О фазах питания переменного тока
Что такое фазы?
Если бы вы посмотрели на электрическую мощность переменного тока в домашнем хозяйстве с помощью осциллографа, вы увидите синусоиду:
Вы увидите, как электричество повторяет свой «цикл».
В домашнем хозяйстве
мощность это происходит 50 или 60 раз в одну секунду. Если у нас больше, чем
одна из этих синусоидальных волн немного смещена, мы называем каждую отдельной «фазой».
В приведенной выше простой модели это показывает, что электрическая мощность увеличивается до значение «+» 170 вольт, а затем падает до нуля и обратной полярности к “-” 170 вольт. Фактическая мощность, которую мы можем получить от этого, составляет 120 вольт, это потому, что мы используем среднеквадратичное значение мощности маршрута (RMS). Узнайте, как рассчитать Среднеквадратическая мощность здесь >
Эта идеальная форма волны, конечно, в теории, потому что реальность такова.
что переходные процессы, гармоники, катушки индуктивности,
Емкостный эффект все делает свое дело, искажая форму волны. Волна
Форма выше: , однофазная, , и это вид мощности, которую вы имеете в
домашнее хозяйство. Мощность увеличивается вверх и обратно до нуля и так далее, однако это
это не лучший вид мощности для передачи на большие расстояния.
Инженеры
выяснили, что мы можем получить больше энергии от генератора, если его разделить
на три фазы. Как вы можете видеть ниже, три фазы создают почти
постоянный поток мощности (аналогично мощности постоянного тока). Расчет мощности переменного тока,
особенно трехфазная мощность переменного тока требует расширенных уравнений, поскольку она описывает
продвинутая физика.
Почему мы используем трехфазное питание сегодня?
Лайонел Бартольд, пионер инженерных систем, описывает почему мы используем 3 фазы. Он исследовал другие системы в своей компании PTI и пришли к выводу, что 3 фазы по-прежнему являются лучшим способом транспортировать мощность переменного тока на короткие расстояния (HVDC лучше для больших расстояний).
Генераторы:
Катушки трехфазных генераторов расположены под углом 120 градусов друг к другу, поэтому
Вполне естественно, что генераторы производят трехфазную энергию.
Перед переменным током
Генераторам электроэнергии требовался коммутатор для корректировки реверса мощности.
и сделать постоянный ток.
См. нашу страницу о генераторах и Динамо > |
История:
Первый переменный ток был однофазным. Ипполит
Pixii разработал первый генератор переменного тока, но рано
у изобретателей были проблемы с выяснением того, как использовать созданную им энергию, потому что
сила будет менять каждый цикл. Большинство изобретателей считали переменный ток бесполезным для
совсем немного времени. В 1870-х годах Отто Блати, Микса Дери и Карой
Зиперновски впервые применил энергию переменного тока.
в Будапеште, Венгрия. Они сделали циклы настолько быстрыми, что появились огни
постоянно гореть. Они использовали трансформаторы
которые могут изменить напряжение для передачи на большие расстояния.
Уильям
Стэнли усовершенствовал полезный трансформатор, когда зажег Грейт-Баррингтон.
в 1886 году. Он использовал однофазный генератор Siemens.
Однофазное питание переменного тока оказалось полезным в 1886 году, когда Стенли продемонстрировал, однако у него была главная проблема – он не мог приводить в действие двигатели. переменный ток моторы нужно было дать «толчок», чтобы начать. Без хорошего мотора AC не мог конкурировать с системами постоянного тока, которые уже были в тяжелом состоянии. использование на заводах, тележках и коммерческих здания.
Многофазная электроэнергия стала решением этой проблемы. Происхождение многофазного питания не ясно, как об этом писали в Европе еще в 1882 году. Никола Тесла сегодня получил наибольшее признание за многофазность, однако в то время он был не единственным сторонником многофазных систем.
В 1888 году решение большой проблемы с двигателями было найдено, когда
Двигатели переменного тока, когда Галилео Феррарис
изобрел многофазный асинхронный двигатель.
Этот двухфазный электродвигатель может запускаться сам, как двигатель постоянного тока. Тесла
придумал свою версию спустя 8 месяцев и быстро заработал на продаже
патенты Вестингауза. Это положило начало нескольким годам улучшений. Вестингауз
подержанные электростанции, такие как Эймс в Теллурайде
для проверки 2-х фазных систем питания.
Первые 3 фазы Системы:
Мы можем приписать К. С. Брэдли изобретение первых трех фаз. генератор в 1887 году, однако только в 1891 году мир увидел полностью функциональная 3-х фазная система питания. Франкфурт демонстрация, разработанная Добровольским, подтвердила полезность Мощность переменного тока и положило конец войне токов.
Чарльз Стейнмец и Альберт
Халл в исследовательской лаборатории GE экспериментировал с моноциклической мощностью переменного тока.
в 1908 и 1930-х годах, но пришли к тому же выводу, что 3 фазы
лучше.
С тех пор различные
компании пытались экспериментировать с другими вариациями полифазных
электроэнергию, однако это не является экономически эффективным. Единственный
система, которая угрожает свергнуть доминирующую трехфазную систему
HVDC. HVDC эффективно обеспечивает электроэнергию на большие расстояния
только с одним цельным кабелем вместо 3. Постоянный ток также может питать дома и
сэкономить затраты, так как в проводниках используется только часть меди.
Поскольку сырье продолжает дорожать, начинается идея мира DC.
чтобы выглядеть более привлекательно. Продолжить чтение о будущее DC с этой статьей IEEE >
Назад к основам электричества
Связанные темы:
Трансмиссия
М. Уилан
Фото/Графика:
Технический центр Эдисона
Источники:
Интервью с В.
Корнрампфом. Технический центр Эдисона. 2013
Интервью с Томом Блэлоком. Технический центр Эдисона. 2014
Интервью с Лайонелом Бартольдом. Технический центр Эдисона. 2011
Школа физики UNSW, Сидней, Австралия
Интервью в San Miguel Power Assc. Технический центр Эдисона. 2014
Фазовый сдвиг
- Изучив этот раздел, вы сможете описать:
- • Фазовый сдвиг в общих компонентах переменного тока.
Рис. 5.1.1 Сопротивление в цепях переменного тока
Сопротивление в цепях переменного тока
В чисто резистивных цепях ток и напряжение изменяются одинаково и одновременно, как описано в Модуле 4.1. Это соотношение верно независимо от того, является ли приложенное напряжение постоянным или переменным. Основное отличие цепей переменного тока состоит в том, что напряжение продолжает изменяться в зависимости от формы входной волны. Когда к чисто резистивной цепи прикладывается синусоидальное напряжение, возникает синусоидальный (синусоидальный) ток.
Обе формы волны достигают своих пиковых значений в одно и то же время и проходят через ноль в одно и то же время. Поэтому говорят, что напряжение и ток в чисто резистивной цепи находятся «В ФАЗЕ» друг с другом.
Рис. 5.1.2 Индуктивность в цепях переменного тока
Индуктивность в цепях переменного тока
В чисто индуктивной цепи кривые напряжения и тока не совпадают по фазе. Индуктивность противодействует изменению тока из-за эффекта обратной ЭДС. Это приводит к тому, что ток достигает своего пикового значения через некоторое время после напряжения. Так что в индуктивной цепи ток «ОТСТАЕТ» от напряжения.
В цепях постоянного тока ток в конечном итоге устанавливается на установившееся значение, и период изменения до установившегося состояния зависит от постоянной времени (т. е. значений компонентов) цепи. Однако в цепи переменного тока, поскольку напряжение постоянно меняется, ток также продолжает изменяться, а в чисто индуктивной цепи пиковые значения тока приходятся на четверть периода (90°) после значений напряжения.
В цепи, содержащей как индуктивность, так и сопротивление, что обычно имеет место, поскольку катушка индуктивности (катушка провода) будет иметь некоторое внутреннее сопротивление, ток будет отставать от напряжения на величину между практически 0° (почти чистое сопротивление) и почти -90 ° (почти чистая индуктивность). Поскольку напряжение и ток больше не растут и не падают одновременно, в цепи происходит «ФАЗОВЫЙ СДВИГ».
Рис. 5.1.3 Емкость в цепях переменного тока
Емкость в цепях переменного тока
Емкость имеет свойство задерживать изменения напряжения, как описано в Модуле 4.3. То есть приложенное напряжение достигает устойчивого состояния только по истечении времени, определяемого постоянной времени. В цепях переменного тока напряжение и ток изменяются непрерывно, а в чисто емкостной цепи переменного тока пиковое значение осциллограммы напряжения возникает через четверть периода после пикового значения тока. Следовательно, в конденсаторе происходит фазовый сдвиг, величина фазового сдвига между напряжением и током составляет +90° для чисто емкостной цепи, где ток опережает напряжение.