Электричество и магнетизм. Ч.2. Ланкина М.П - 3 стр.

UptoLike

5
Отсюда следует
R
CL
tg
tgtg
)(
ωω
ψ
π
ψϕ
11
2
==
=
. (10)
Согласно (7) получаем выражение для
0
I :
[]
2
2
0
0
1)( CLR
U
qI
m
ωω
ω
+
==
. (11)
Сила тока отстает по фазе от напряжения на угол ϕ, который за-
висит от параметров цепи и частоты (10). Если ϕ < 0, то происходит
опережение силы тока от напряжения по фазе и наоборот. Выражение
2
2
1)( CLRZ
ωω
+=
, (12)
стоящее в знаменателе формулы (11), называется полным электриче-
ским сопротивление цепи или импедансом.
Рассмотрим частные случаи:
1. Цепь содержит только активное сопротивление (L=0, C=). То-
гда
R
Z
=
,
R
U
I
0
0
= , 0=
ϕ
. (13)
2. Цепь содержит только индуктивное сопротивление (R=0, С=).
Тогда
LZ
ω
=
,
L
U
I
ω
0
0
= ,
2
π
ϕ
= , (14)
то есть сила тока в индуктивном сопротивлении отстает от напряжения
на угол π/2. Величина
LX
L
ω
=
реактивное индуктивное сопротивле-
ние. Если L выразить в генри, ωв с
-1
, то X
L
будет выражено в омах.
Индуктивное сопротивление зависит от частоты протекающего через
элемент тока (рис. 2а).
3. Цепь содержит только конденсатор (R=L=0). Тогда
C
Z
ω
1
=
, CUI
ω
=
00
,
2
π
ϕ
=
, (15)
то есть сила тока, текущего в цепи, опережает напряжение на конденса-
торе на угол π/2. Величина
CX
C
ω
1= реактивное емкостное сопро-
тивление. Если С выразить в фарадах, ωв с
-1
, то X
С
будет выражено в
омах. Емкостное сопротивление зависит от частоты протекающего в
цепи тока (рис. 2б).
6
а б
Рис. 2
4. Активное сопротивление R=0, но C0, L0, тогда
CLZ
ω
ω
1
=
,
)( CL
U
I
ωω
1
0
0
=
. (16)
Величина
CLXXX
CL
ω
ω
1
=
=
(17)
полное реактивное сопротивление. Формулы (10) и (12) с учетом (17)
записывается в виде
R
X
tg =
ϕ
, (18)
22
XRZ += (19)
В работе исследуются электрические процессы в цепях, состав-
ленных из последовательно соединенных элементов: а) двух резисторов
с сопротивлениями R
1
и R
2
(цепь RR, рис. 3а); б) резистора R
2
и конден-
сатора С (цепь RC, рис. 3б; в) резистора R
2
и катушки индуктивности L
(цепь RL, рис. 3в).
Напряжение U на входе равно ЭДС генератора; элементы R
1
, R
2
,
L, C, предполагаются идеальными, а электрические процессы достаточ-
но медленными
τ
«T, где Тхарактерное время изменения напряжен-
ности электрического поля, τвремя распространения электромагнит-
ного возмущения вдоль цепи.
Электрические цепи характеризуются коэффициентом передачи
К, представляющим собой отношение амплитуды напряжения U
1
на вы-
ходе цепи к амплитуде напряжения U
0
на входе:
01
UUK
=
. (20)
      Отсюда следует
                           ⎛   π⎞       1   ωL − 1 (ωC )
                  tgϕ = tg ⎜ψ − ⎟ = −     =              .       (10)
                           ⎝   2⎠     tgψ        R
      Согласно (7) получаем выражение для I 0 :
                                            U0
                       I 0 = ωqm =                          .    (11)
                                     R 2 + [ωL − 1 (ωC )]
                                                        2


      Сила тока отстает по фазе от напряжения на угол ϕ, который за-
висит от параметров цепи и частоты (10). Если ϕ < 0, то происходит
опережение силы тока от напряжения по фазе и наоборот. Выражение                                а                                 б
                                 R 2 + (ωL − 1 ωC ) ,
                                                    2
                          Z=                                     (12)
                                                                                                            Рис. 2
стоящее в знаменателе формулы (11), называется полным электриче-
ским сопротивление цепи или импедансом.                                        4. Активное сопротивление R=0, но C≠0, L≠0, тогда
      Рассмотрим частные случаи:
                                                                                                                          U0
      1. Цепь содержит только активное сопротивление (L=0, C=∞). То-                          Z = ωL − 1 ωC , I 0 =                .       (16)
гда                                                                                                                   (ωL − 1 ωC )
                                      U                                        Величина
                        Z = R , I0 = 0 , ϕ = 0 .                  (13)                              X = X L − X C = ωL − 1 ωC           (17)
                                       R
      2. Цепь содержит только индуктивное сопротивление (R=0, С=∞).      – полное реактивное сопротивление. Формулы (10) и (12) с учетом (17)
Тогда                                                                    записывается в виде
                                        U           π                                                 tgϕ = X ,                         (18)
                        Z = ωL , I 0 = 0 , ϕ = ,                  (14)                                       R
                                        ωL          2
то есть сила тока в индуктивном сопротивлении отстает от напряжения                                     Z = R2 + X 2                        (19)
на угол π/2. Величина X L = ωL – реактивное индуктивное сопротивле-             В работе исследуются электрические процессы в цепях, состав-
                                                                         ленных из последовательно соединенных элементов: а) двух резисторов
ние. Если L выразить в генри, ω – в с-1, то XL будет выражено в омах.
                                                                         с сопротивлениями R1 и R2 (цепь RR, рис. 3а); б) резистора R2 и конден-
Индуктивное сопротивление зависит от частоты протекающего через
                                                                         сатора С (цепь RC, рис. 3б; в) резистора R2 и катушки индуктивности L
элемент тока (рис. 2а).
                                                                         (цепь RL, рис. 3в).
      3. Цепь содержит только конденсатор (R=L=0). Тогда
                                                                                Напряжение U на входе равно ЭДС генератора; элементы R1, R2,
                             1                           π
                        Z=       , I 0 = U 0 ⋅ ωC , ϕ = − ,       (15)   L, C, предполагаются идеальными, а электрические процессы достаточ-
                            ωC                           2               но медленными τ «T, где Т – характерное время изменения напряжен-
то есть сила тока, текущего в цепи, опережает напряжение на конденса-    ности электрического поля, τ – время распространения электромагнит-
торе на угол π/2. Величина X C = 1 ωC – реактивное емкостное сопро-      ного возмущения вдоль цепи.
тивление. Если С выразить в фарадах, ω – в с-1, то XС будет выражено в          Электрические цепи характеризуются коэффициентом передачи
омах. Емкостное сопротивление зависит от частоты протекающего в          К, представляющим собой отношение амплитуды напряжения U1 на вы-
цепи тока (рис. 2б).                                                     ходе цепи к амплитуде напряжения U0 на входе:
                                                                                                         K = U1 U 0 .                       (20)


                                      5                                                                       6