Закон Ома для цепи переменного тока. Резонанс. Мощность в цепи переменного тока

Цели урока:

1. Дать понятие Закона Ома, Мощность, резонанса в цепи переменного тока.

2. Развивать мышление учащихся, формировать у них умения самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления.

3.. Формировать познавательный интерес к физике  и технике.

4. Расширить кругозор учащихся, показать необходимость физических знаний об электричестве в повседневной жизни

5. Воспитывать умение работать в парах, чувство поддержки, товарищества, умения выдвигать и проверять гипотезы.

Ход урока.

1. Оргмомент
2. Опрос домашнего задания
3. Объяснение нового материала

Любая реальная цепь переменного тока содержит одновременно активное сопротивление (нагревательные приборы, лампы накаливания, соединительные провода и т.п.), емкостное сопротивление (емкости проводников, конденсаторов и т.п.) и индуктивное сопротивление (обмотки электродвигателей, катушки электромагнитных приборов и т.п.).

Из опыта следует, что в такой цепи колебания тока и напряжения не совпадают по фазе. Более того, разность фаз  между этими величинами зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора.

U = U_msin(wt),
I = I_msin(wt + ).

С помощью метода векторных диаграмм можно получить, что полное сопротивление цепи Z, содержащей индуктивность L и емкость С, равно:

Z = (R² + (X_L - X_c)²)^1/2.

Рассчитать Z можно также по формуле Z = U/I, причем U = U_c + U_L + U_R.

Мощность преобразуемой энергии переменного тока определяется по формуле:

P = U*I*cos().

Величину cos() называют коэффициентом использования мощности (коэффициентом мощности). Для уменьшения тепловых потерь необходимо найти способы уменьшения величины cos(). Одним из способов является включение в цепь, содержащую электродвигатель, конденсаторов.

РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
При изучении вынужденных механических колебаний мы ознакомились с явлением резонанса. Резонанс наблюдается в том случае, когда собственная частота колебаний системы совпадает с частотой изменения внешней силы. Если трение мало, то амплитуда установившихся вынужденных колебаний при резонансе резко увеличивается. Совпадение вида уравнений для описания механических и электромагнитных колебаний (позволяет сделать заключение о возможности резонанса также и в электрической цепи, если эта цепь представляет собой колебательный контур, обладающий определенной собственной частотой колебаний.

При механических колебаниях резонанс выражен отчетливо при малых значениях коэфициента трения. В электрической цепи роль коэффициента трения выполняет ее активное сопротивление R. Ведь именно наличие этого сопротивления в цепи приводит к превращению энергии тока но внутреннюю энергию проводника (проводник нагревается).

Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внегннего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

Амплитуда силы тока при резонансе. Как и в случае механического резонанса, при резонансе в колебательном контуре создаются оптимальные условия для поступления энергии от внешнего источника в контур. Мощность в контуре максимальна в том случае, когда сила тока совпадает по фазе с напряжением. Здесь наблюдается полная аналогия с механическими колебаниями: при резонансе в механической колебательной системе внешняя сила (аналог напряжения в цепи) совпадает по фазе со скоростью (аналог силы тока).

Не сразу после включения внешнего переменного напряжения в цепи устанавливается резонансное значение силы тока. Амплитуда колебаний силы тока нарастает постепенно — до тех пор, пока энергия, выделяющаяся за период на резисторе, не сравняется с энергией, поступающей в контур за это же время.

Использование резонанса в радиосвязи. Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи.

Мощность в цепи переменного тока

Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений силы тока и напряжения:

р(t) = и(t) • i(t)

средняя мощность в цепи переменного тока равна:

Р =1/2 UmImcos φ

для удобства обозначив их просто I и U:

Р = IU cos φ.

 cos φ - коэффициентом мощности

4. Итоги

5.Домашнее задание п.2.5,2.6,2.7.

Тема урока: «Закон Ома для цепи переменного тока. Резонанс, Мощность в цепи переменного тока»

Цели урока:

1. Дать понятие Закона Ома, Мощность, резонанса в цепи переменного тока.

2. Развивать мышление учащихся, формировать у них умения самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления.

3.. Формировать познавательный интерес к физике  и технике.

4. Расширить кругозор учащихся, показать необходимость физических знаний об электричестве в повседневной жизни

5. Воспитывать умение работать в парах, чувство поддержки, товарищества, умения выдвигать и проверять гипотезы.

Ход урока.

1. Оргмомент

2. Опрос домашнего задания

3. Объяснение нового материала

Любая реальная цепь переменного тока содержит одновременно активное сопротивление (нагревательные приборы, лампы накаливания, соединительные провода и т.п.), емкостное сопротивление (емкости проводников, конденсаторов и т.п.) и индуктивное сопротивление (обмотки электродвигателей, катушки электромагнитных приборов и т.п.).

Пусть все эти элементы соединены последовательно, как показано на рис. 1.

Из опыта следует, что в такой цепи колебания тока и напряжения не совпадают по фазе. Более того, разность фаз  между этими величинами зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора.

U = U_msin(wt),
I = I_msin(wt + ).

С помощью метода векторных диаграмм можно получить, что полное сопротивление цепи Z, содержащей индуктивность L и емкость С, равно:

Z = (R² + (X_L - X_c)²)^1/2.

Рассчитать Z можно также по формуле Z = U/I, причем U = U_c + U_L + U_R.

Мощность преобразуемой энергии переменного тока определяется по формуле:

P = U*I*cos().

Величину cos() называют коэффициентом использования мощности (коэффициентом мощности). Для уменьшения тепловых потерь необходимо найти способы уменьшения величины cos(). Одним из способов является включение в цепь, содержащую электродвигатель, конденсаторов.

РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
При изучении вынужденных механических колебаний мы ознакомились с явлением резонанса. Резонанс наблюдается в том случае, когда собственная частота колебаний системы совпадает с частотой изменения внешней силы. Если трение мало, то амплитуда установившихся вынужденных колебаний при резонансе резко увеличивается. Совпадение вида уравнений для описания механических и электромагнитных колебаний (позволяет сделать заключение о возможности резонанса также и в электрической цепи, если эта цепь представляет собой колебательный контур, обладающий определенной собственной частотой колебаний.

При механических колебаниях резонанс выражен отчетливо при малых значениях коэфициента трения . В электрической цепи роль коэффициента трения выполняет ее активное сопротивление R. Ведь именно наличие этого сопротивления в цепи приводит к превращению энергии тока но внутреннюю энергию проводника (проводник нагревается). Поэтому резонанс в электрическом колебательном кон-lype должен быть выражен отчетливо при малом активном сопротивлении R.

Мы с вами уже знаем, что если активное сопротивление мало, то собственная циклическая частота колебаний в контуре определяется формулой



Сила тока при вынужденных колебаниях должна достигать максимальных значений, когда частота переменного напряжения, приложенного к контуру, равна собственной частоте колебательного контура:



Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внегннего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

Амплитуда силы тока при резонансе. Как и в случае механического резонанса, при резонансе в колебательном контуре создаются оптимальные условия для поступления энергии от внешнего источника в контур. Мощность в контуре максимальна в том случае, когда сила тока совпадает по фазе с напряжением. Здесь наблюдается полная аналогия с механическими колебаниями: при резонансе в механической колебательной системе внешняя сила (аналог напряжения в цепи) совпадает по фазе со скоростью (аналог силы тока).

Не сразу после включения внешнего переменного напряжения в цепи устанавливается резонансное значение силы тока. Амплитуда колебаний силы тока нарастает постепенно — до тех пор, пока энергия, выделяющаяся за период на резисторе, не сравняется с энергией, поступающей в контур за это же время:



Отсюда амплитуда установившихся колебаний силы тока при резонансе определяется уравнением

 
При R  0 резонансное значение силы тока неограниченно возрастает: (I_m)_рез  . Наоборот, с увеличением R максимальное значение силы тока уменьшается, и при больших R говорить о резонансе уже не имеет смысла.

Использование резонанса в радиосвязи. Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи.

Мощность в цепи переменного тока

Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений силы тока и напряжения:

р(t) = и(t) • i(t)

средняя мощность в цепи переменного тока равна:

Р =1/2 UmImcos φ

для удобства обозначив их просто I и U:

Р = IU cos φ.

cos φ - коэффициентом мощности

4. Итоги

5.Домашнее задание п.2.5,2.6,2.7