<<
>>

§ 2.4. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Свободные электромагнитные колебания в контуре быстро затухают, и поэтому их нельзя использовать на практике. Напротив, незатухающие вынужденные колебания имеют огромное практическое значение, гораздо большее, чем вынужденные механические колебания.

Переменный ток в обычной осветительной цепи квартиры, применяемый на заводах и фабриках, представляет собой вынужденные электрические колебания.

Периодически меняется по гармоническому закону напряжение на концах цепи и это вызывает гармонические колебания силы тока.

Колебания напряжения легко обнаружить с помощью осциллографа. На вертикально отклоняющие пластины осциллографа надо подать напряжение от сети. Тогда временная развертка колебаний будет представлять собой синусоиду (рис. 2.9). Зная скорость движения электрон-ного луча по экрану в горизонтальном направлении (она определяется частотой «пилообразного» напряжения), можно определить частоту ко- рИс. 2.9

лебаний напряжения в сети. Она равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.

Квазистационарный ток

Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то напряженность электрического поля внутри проводников, созданного поверхностными зарядами, будет также меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля вызовут гармонические колебания скорости упорядоченного движения заряженных частиц и, следовательно, гармонические колебания силы тока.

Правда, при изменении напряжения на концах цепи электрическое поле не меняется мгновенно во всей цепи. Изменения поля распространяются хотя и с очень большой, но не бесконечно большой скоростью.

Однако, если время распространения изменения поля в цепи много меньше периода Т колебаний напряжения, можно считать, что электрическое поле во всей цепи сразу же меняется при изменении напряжения на концах цепи. При этом сила тока в данный момент времени имеет практически одно и то же значение во всех сечениях неразветвленной цепи.

Такой медленно меняющийся переменный ток называется квазистационарным.

Если длина цепи I, то время распространения изменений электрического поля от одного конца

цепи ДО другого определяется величиной 2 У где с = 3 • 108 м/с —

скорость распространения электромагнитных взаимодействий (скорость света). Для переменного тока периодом Т условие квазистационарности запишется так:

Т»1-. (2.4.1)

Период электрических колебаний квазистационарного тока должен быть много больше времени распространения в цепи электромагнитных возмущений. При частоте v = 50 Гц длина цепи должна быть много меньше расстоя- ния: I 6000 км. Поэтому во всех случаях, кроме передачи электроэнергии по проводам на очень большие расстояния, промышленный ток можно считать квазистационарным.

Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные квазистационарные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой со по синусоидальному или косинусоидальному закону:

и = U„ sin ю* или и = U„ cos соt, (2.4.2)

тп т ' v 7

где U' — амплитуда напряжения, а ю — циклическая частота колебаний. Когда колебания происходят длительное время, то значение начальной фазы не играет сколько-нибудь существенную роль. Поэтому начальную фазу можно принять равной нулю и с одинаковым успехом использовать как синусоидальную функцию, так и косинусоидальную.

Если напряжение меняется с частотой со, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Аналогично колебания скорости при вынужденных механических колебаниях не совпадают по фазе с колебаниями силы. Поэтому в общем случае

і = Im sin (cof + фс), (2.4.3)

где фс — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

<< | >>
Источник: Г. Я. Мвкишев, А. 3. Синяков. ФИЗИКАКОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ11. 2010

Еще по теме § 2.4. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК:

  1. Электрический ток, электрические сети, электроустановки как источники опасности поражения электрическим током Источники повышенной опасности электротравматизма
  2. Воздействия электрического тока на человека
  3. Классификация помещений по степени опасности поражения человека электрическим током
  4. Первая помощь пострадавшему от действия электрического тока
  5. Электродинамика Максвелла - Герца - Хевисайда
  6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ: ПОНЯТИЯ, ЗАКОНЫ, ИЗМЕРЕНИЕ
  7. 2.2 Постоянный электрический ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца
  8. 2.5 Переменный электрический ток.
  9. 2.6 Трехфазный ток. Генерация, передача, распределение и потребление электрической энергии
  10. § 2.4. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
  11. §5.1. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И ПЕРЕМЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЯМИ
  12. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
  13. §2.1. ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК?
  14. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
  15. § 3.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАСТВОРАХ И РАСПЛАВАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ