Рассмотрим чему равна работа, совершаемая в цепи при протекании в ней переменного тока. Пусть в цепи имеется только активное сопротивление. В этом случае. - презентация

1

2 Рассмотрим чему равна работа, совершаемая в цепи при протекании в ней переменного тока. Пусть в цепи имеется только активное сопротивление. В этом случае вся работа тока превращается в тепло. U= U 0 ·sinωtI = I 0 ·sinωt В течение малого промежутка времени переменный ток можно рассматривать как ток постоянный, и поэтому мгновенная мощность переменного тока равна: P t = I·U = I 0 ·U 0 ·sin 2 ωt Обычно нужно знать не мгновенное значение мощности, а ее среднее значение за большой период времени. Для этого достаточно усреднить значение мощности за один период. За малое время dt:P t dt = I 0 ·U 0 ·sin 2 ωt·dt за время полного периода колебаний Т А т = I 0 ·U 0 Работа переменного тока

3 Тогда для средней мощности за период получаем: P = А т /Т = I 0 ·U 0 /2. U 0 = I 0 ·R т.е. это в 2 раза меньше, чем мощность, выделяющаяся на постоянном токе I Э · U Э Обозначим через I Э ·и U Э силу и напряжение постоянного тока, который выделяет в сопротивление R такое же количество тепла, что и данный переменный ток. Р = I Э ·U Э = R·I Э 2 = U Э 2 /R тогда: –эффективное напряжение переменного тока –эффективная сила переменного тока это значения I и U такого постоянного тока, который выделяет в сопротивление R такое же количество тепла, что и данный переменный ток.

4 Все приборы показывают эффективные значения переменного тока. I t I0I0 переменный ток (и переменное напряжение) характеризуются тремя значениями: мгновенное, амплитудное ( I 0 ) и эффективное (I Э ).

5 Рассмотрим теперь случай, когда цепь содержит не только активные, но и реактивные сопротивления – индуктивность и емкость U= U 0 ·cosωt I = I 0 ·cos(ωt-φ) φ > 0 при индуктивной нагрузке, φ < 0 при емкостной нагрузке. Мгновенное значение мощности равно произведению мгновенных значений напряжения U и тока I. Р(t) = U(t)·I(t) = U 0 ·cosωt· I 0 ·cos(ωt-φ) Р(t) = 1/2U 0 ·I 0 ·cost +1/2 U 0 ·I 0 ·cos(2ωt-φ) cosα·cosβ = 1/2 cos(α-β) +1/2 cos(α+β)

6 Практический интерес представляет среднее по времени значение мощности. Так как процесс периодический берем среднее значение за период. При этом среднее значение cos(2ωt-φ) = 0 Р(t) = 1/2U 0 ·I 0 ·cost = U Э ·I Э ·cost –коэффициент мощности.

7 Георг Ом Закон Ома для однородного участка цепи ( не содержащего источников тока) 2. В дифференциальной форме: 1. В интегральной форме: 3. Закон Ома для неоднородного участка цепи (содержащего источник тока) 4. Закон Ома для переменного тока 4 формы закона Ома

8

9

10 Покоящиеся электрические заряды создают вокруг себя только электрическое поле. Движущиеся заряды создают еще одно поле - магнитное. Для экспериментального изучения магнитных полей пользуются каким-либо воздействием их на пробные тела: 1) На магнитную стрелку действует механический момент; максимальное значение этого момента в данном месте поля достигается при определенной ориентировке стрелки. 2) На виток проводника с током также действует механический момент, зависящий от размеров витка, силы тока в нем и достигающий максимума при определенной ориентировке плоскости витка в данном месте поля. 3) На отрезок прямолинейного проводника с током действует сила, пропорциональная длина проводника, силе тока через него и зависящая от ориентировки проводника в магнитном поле. Характеризуют величиной, пропорциональной силе Характеризуют поле вектором, пропорциональным максимальному механическому моменту

11 В пространстве, окружающем намагниченные тела, возникает магнитное поле. Помещенная в это поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его точке вполне определенным образом, указывая тем самым направление поля. Тот конец стрелки, который в магнитном поле Земли указывает на север, называется северным, а противоположный – южным. Магнитные взаимодействия 11

12 При взаимодействии постоянных магнитов они испытывают результирующий момент сил, но не силу. Подобно электрическому диполю, постоянный магнит в однородном поле стремится повернуться по полю, но не перемещаться в нем. 12 При отклонении магнитной стрелки от направления магнитного поля, на стрелку действует механический крутящий момент М кр, пропорциональный синусу угла отклонения α и стремящийся повернуть ее вдоль указанного направления.

13 Отличие постоянных магнитов от электрических диполей Отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем: Электрический диполь всегда состоит из зарядов, равных по величине и противоположных по знаку. Постоянный же магнит, будучи разрезан пополам, превращается в два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южный полюса. 13

14 14 Земля – подобна огромному магниту, с полюсами в верхней и нижней частях планеты и расположенных очень близко к географическим полюсам планеты. Магнитное поле Земли простирается на тысячи километров вокруг планеты и называется эта область – магнитосферой. Магнитосфера образует своего рода защитный купол, огибающий Землю и защищающий от бомбардировки частицами солнечного ветра, солнечной радиации.

15 15 а б в а), б) поле одноименных полюсов в) поле разноименных полюсов

16 16 Уильям Гильберт Подводя итоги сведениям о магнетизме, накопленным к 1600 г., английский ученый-физик Уильям Гильберт написал труд «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле» «De magnete, magneticisque corparibus etc». В своих трудах У. Гильберт высказал мнение, что, несмотря на некоторое внешнее сходство, природа электрических и магнитных явлений различна. Все же, к середине XVIII века, окрепло убеждение о наличии тесной связи между электрическими и магнитными явлениями.

17 В 1820 г. Х. Эрстед открыл магнитное поле электрического тока. А. Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов. Ампер объяснил магнетизм веществ существованием молекулярных токов. 17

18 Открытие Эрстеда. При помещении магнитной стрелки в непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение (см. рис.). Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг прямолинейного проводника с током есть магнитное поле. 18 Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной.

19 19 Общий вывод: вокруг всякого проводника с током есть магнитное поле. Но ведь ток – это направленное движение зарядов. Опыты подтверждают: магнитное поле появляется вокруг электронных пучков и вокруг перемещающихся в пространстве заряженных тел. Вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует еще и магнитное.

20 qV=const 20

21 21 Подобно электрическому полю, оно обладает энергией и, следовательно, массой. Магнитное поле материально. Теперь можно дать следующее определение магнитного поля: Магнитное поле – это материя, связанная с движущимися зарядами и обнаруживающая себя по действию на магнитные стрелки и движущиеся заряды, помещенные в это поле. Аналогия точечному заряду – замкнутый плоский контур с током (рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле.

22 Основное свойство магнитного поля – способность действовать на движущиеся электрические заряды с определенной силой. В магнитном поле контур с током будет ориентироваться определенным образом. Ориентацию контура в пространстве будем характеризовать направлением нормали, которое определяется правилом правого винта или «правилом буравчика» : За положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в направлении тока, текущего в рамке

23 23 Контур ориентируется в данной точке поля только одним способом. За направление магнитного поля в данной точке принимается положительное направление нормали.

24 Вращающий момент прямо пропорционален величине тока I, площади контура S и синусу угла между направлением магнитного поля и нормали здесь М – вращающий момент, или момент силы, - магнитный момент контура (аналогично – электрический момент диполя). 24

25 Направление вектора магнитного момента совпадает с положительным направлением нормали: 25

26 для данной точки магнитного поля будет одним и тем же и может служить характеристикой магнитного поля, названной магнитной индукцией: – вектор магнитной индукции, совпадающий с нормалью По аналогии с электрическим полем Отношение момента силы к магнитному моменту 26

27 принцип суперпозиции Экспериментально установлено, что для магнитного поля (как и для электрического) справедлив принцип суперпозиции: поле, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами) равно векторной сумме полей, порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности:

28 Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля на ток (аналогично, характеризует силовое действие электрического поля на заряд). – силовая характеристика магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитных силовых линий. Поскольку М – момент силы и Р m – магнитный момент являются характеристиками вращательного движения, то можно предположить, что магнитное поле – вихревое. 28

29 29 Для графического изображения полей удобно пользоваться силовыми линиями (линиями магнитной индукции). Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора в этой точке. Условились, за направление принимать направление северного конца магнитной стрелки. Силовые линии выходят из северного полюса, а входят, соответственно, в южный полюс магнита. Земля- тоже магнит. Ее северный магнитный полюс находится около южного географического полюса, а южный магнитный полюс- около северного географического

30 30 Конфигурацию силовых линий легко установить с помощью мелких железных опилок которые намагничиваются в исследуемом магнитном поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (поворачиваются вдоль силовых линий).