PPt4Web Хостинг презентаций

Главная / Физика / Квазистационарные процессы. RC- и RL-цепи
X Код для использования на сайте:

Скопируйте этот код и вставьте его на свой сайт

X

Чтобы скачать данную презентацию, порекомендуйте, пожалуйста, её своим друзьям в любой соц. сети.

После чего скачивание начнётся автоматически!

Кнопки:

Презентация на тему: Квазистационарные процессы. RC- и RL-цепи


Скачать эту презентацию

Презентация на тему: Квазистационарные процессы. RC- и RL-цепи


Скачать эту презентацию

№ слайда 1 Лекция 13
Описание слайда:

Лекция 13

№ слайда 2 Квазистационарные процессы. RC- и RL-цепи Если на каком-то участке цепи происход
Описание слайда:

Квазистационарные процессы. RC- и RL-цепи Если на каком-то участке цепи происходят изменения силы тока или напряжения, то другие участки цепи могут «почувствовать» эти изменения только через некоторое время, которое по порядку величины равно времени τ распространения электромагнитного возмущения от одной точки цепи к другой. Так как электромагнитные возмущения распространяются с конечной скоростью, равной скорости света c , то где l – расстояние между наиболее удаленными точками цепи. Если это время τ много меньше длительности процессов, происходящих в цепи, то можно считать, что в каждый момент времени сила тока одинакова во всех последовательно соединенных участках цепи. Процессы такого рода в электрических цепях называются квазистационарными. Квазистационарные процессы можно исследовать с помощью законов постоянного тока, если применять эти законы к мгновенным значениям сил токов и напряжений на участках цепи.

№ слайда 3 Цепи зарядки и разрядки конденсатора через резистор. Цепи зарядки и разрядки кон
Описание слайда:

Цепи зарядки и разрядки конденсатора через резистор. Цепи зарядки и разрядки конденсатора через резистор. Процесс зарядки конденсатора

№ слайда 4 Зарядка (I) и разрядка (II) конденсатора через резистор. Зарядка (I) и разрядка
Описание слайда:

Зарядка (I) и разрядка (II) конденсатора через резистор. Зарядка (I) и разрядка (II) конденсатора через резистор. Процесс разрядки описывается выражением U(t) =  exp (–t / τ).

№ слайда 5 RLC-контур. Свободные колебания В электрических цепях, так же как и в механическ
Описание слайда:

RLC-контур. Свободные колебания В электрических цепях, так же как и в механических системах, таких как груз на пружине или маятник, могут возникать свободные колебания. Простейшей электрической системой, способной совершать свободные колебания, является последовательный RLC-контур.

№ слайда 6 Аналогия процессов свободных электрических и механических колебаний. Аналогия пр
Описание слайда:

Аналогия процессов свободных электрических и механических колебаний. Аналогия процессов свободных электрических и механических колебаний.

№ слайда 7 В отсутствие затухания свободные колебания в электрическом контуре являются гарм
Описание слайда:

В отсутствие затухания свободные колебания в электрическом контуре являются гармоническими, то есть происходят по закону В отсутствие затухания свободные колебания в электрическом контуре являются гармоническими, то есть происходят по закону q(t) = q0cos(ωt + φ0). Параметры L и C колебательного контура определяют только собственную частоту свободных колебаний При свободных колебаниях происходит периодическое превращение электрической энергии Wэ, запасенной в конденсаторе, в магнитную энергию Wм катушки и наоборот. Если в колебательном контуре нет потерь энергии, то полная электромагнитная энергия системы остается неизменной:

№ слайда 8 Затухающие колебания в электрическом контуре аналогичны затухающим колебаниям гр
Описание слайда:

Затухающие колебания в электрическом контуре аналогичны затухающим колебаниям груза на пружине при наличии вязкого трения, когда сила трения изменяется прямо пропорционально скорости тела: Fтр = – βυ. Коэффициент β в этой формуле аналогичен сопротивлению R в электрическом контуре. Уравнение свободных колебаний в контуре при наличии затухания имеет вид Затухающие колебания в электрическом контуре аналогичны затухающим колебаниям груза на пружине при наличии вязкого трения, когда сила трения изменяется прямо пропорционально скорости тела: Fтр = – βυ. Коэффициент β в этой формуле аналогичен сопротивлению R в электрическом контуре. Уравнение свободных колебаний в контуре при наличии затухания имеет вид

№ слайда 9 Скорость затухания зависит от электрического сопротивления R контура. Интервал в
Описание слайда:

Скорость затухания зависит от электрического сопротивления R контура. Интервал времени в течение которого амплитуда колебаний уменьшается в e ≈ 2,7 раза, называется временем затухания. Скорость затухания зависит от электрического сопротивления R контура. Интервал времени в течение которого амплитуда колебаний уменьшается в e ≈ 2,7 раза, называется временем затухания. Ранее было введено понятие добротности Q колебательной системы: где N – число полных колебаний, совершаемых системой за время затухания τ. Добротности Q любой колебательной системы, способной совершать свободные колебания, может быть дано энергетическое определение:

№ слайда 10 Вынужденные колебания. Переменный ток Процессы, возникающие в электрических цепя
Описание слайда:

Вынужденные колебания. Переменный ток Процессы, возникающие в электрических цепях под действием внешнего периодического источника тока, называются вынужденными колебаниями. Вынужденные колебания, в отличие от собственных колебаний в электрических цепях, являются незатухающими. Периодический внешний источник обеспечивает приток энергии к системе и не дает колебаниям затухать, несмотря на наличие неизбежных потерь. Если частота ω0 свободных колебаний определяется параметрами электрической цепи, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешнего источника. Для установления стационарных вынужденных колебаний необходимо некоторое время Δt после включения в цепь внешнего источника. Это время по порядку величины равно времени τ затухания свободных колебаний в цепи. Электрические цепи, в которых происходят установившиеся вынужденные колебания под действием периодического источника тока, называются цепями переменного тока.

№ слайда 11 Вынужденные колебания в контуре. Вынужденные колебания в контуре. Предполагается
Описание слайда:

Вынужденные колебания в контуре. Вынужденные колебания в контуре. Предполагается, что для электрической цепи, изображенной на рис., выполнено условие квазистационарности.Поэтому закон Ома можно записать для мгновенных значений токов и напряжений:

№ слайда 12 Величина – это перенесенная с изменением знака из правой части уравнения в левую
Описание слайда:

Величина – это перенесенная с изменением знака из правой части уравнения в левую ЭДС самоиндукции катушки. Эту величину принято называть напряжением на катушке индуктивности. Величина – это перенесенная с изменением знака из правой части уравнения в левую ЭДС самоиндукции катушки. Эту величину принято называть напряжением на катушке индуктивности. Уравнение вынужденных колебаний можно записать в виде uR + uC + uL = e(t) = 0 cos ωt, где uR(t), uC(t) и uL(t) – мгновенные значения напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке соответственно. Амплитуды этих напряжений будем обозначать буквами UR, UC и UL. При установившихся вынужденных колебаниях все напряжения изменяются с частотой ω внешнего источника переменного тока. Для наглядного решения уравнения вынужденных колебаний можно использовать метод векторных диаграмм.

№ слайда 13 Изображение гармонических колебаний A cos (ωt + φ1), B 
Описание слайда:

Изображение гармонических колебаний A cos (ωt + φ1), B cos (ωt + φ2) и их суммы C cos (ωt + φ) с помощью векторов на векторной диаграмме. Изображение гармонических колебаний A cos (ωt + φ1), B cos (ωt + φ2) и их суммы C cos (ωt + φ) с помощью векторов на векторной диаграмме.

№ слайда 14 Рассмотрим по отдельности случаи подключения внешнего источника переменного тока
Описание слайда:

Рассмотрим по отдельности случаи подключения внешнего источника переменного тока к резистору с сопротивлением R, конденсатору емкости C и катушки индуктивности L. Во всех трех случаях напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке равны напряжению источника переменного тока. Рассмотрим по отдельности случаи подключения внешнего источника переменного тока к резистору с сопротивлением R, конденсатору емкости C и катушки индуктивности L. Во всех трех случаях напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке равны напряжению источника переменного тока. 1. Резистор в цепи переменного тока Здесь через IR обозначена амплитуда тока, протекающего через резистор. Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе выражается соотношением RIR = UR. Фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю.

№ слайда 15 2. Конденсатор в цепи переменного тока 2. Конденсатор в цепи переменного тока Со
Описание слайда:

2. Конденсатор в цепи переменного тока 2. Конденсатор в цепи переменного тока Соотношение между амплитудами тока IC и напряжения UC: Ток опережает по фазе напряжение на угол 3. Катушка в цепи переменного тока Соотношение между амплитудами тока IL и напряжения UL: ωLIL = UL. Ток отстает по фазе от напряжения на угол

№ слайда 16 Векторная диаграмма на рис.  построена для случая, когда Векторная диаграмм
Описание слайда:

Векторная диаграмма на рис.  построена для случая, когда Векторная диаграмма на рис.  построена для случая, когда или В этом случае напряжение внешнего источника опережает по фазе ток, текущий в цепи, на некоторый угол φ.

№ слайда 17 Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего и
Описание слайда:

Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω0 электрической цепи называется электрическим резонансом. При резонансе Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω0 электрической цепи называется электрическим резонансом. При резонансе Сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи при резонансе обращается в нуль. Резонанс в последовательной RLC-цепи называется резонансом напряжений. Аналогичным образом с помощью векторной диаграммы можно исследовать явление резонанса при параллельном соединении элементов R, L и C (так называемый резонанс токов). Добротность RLC-контура:

№ слайда 18 Резонансные кривые для контуров с различными значениями добротности Q. Резонансн
Описание слайда:

Резонансные кривые для контуров с различными значениями добротности Q. Резонансные кривые для контуров с различными значениями добротности Q. Рис.  иллюстрирует явление резонанса в последовательном электрическом контуре. На рисунке графически изображена зависимость отношения амплитуды UC напряжения на конденсаторе к амплитуде 0 напряжения источника от его частоты ω для различных значений добротности Q. Кривые на рис.  называются резонансными кривыми.

№ слайда 19 Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность. закон Ома для участка цепи переме
Описание слайда:

Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность. закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего один из элементов R, L и C. Физические величины R, и ωL называются активным сопротивлением резистора, емкостным сопротивлением конденсатора и индуктивным сопротивлением катушки. Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащем резистор, равна Мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении. Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.

№ слайда 20 Рассмотрим теперь электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных р
Описание слайда:

Рассмотрим теперь электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки. Цепь подключена к источнику переменного тока частоты ω. На всех последовательно соединенных участках цепи протекает один и тот же ток. Между напряжением внешнего источника e(t) и током J(t) возникает фазовый сдвиг на некоторый угол φ. Поэтому можно записать J(t) = I0 cosωt;  e(t) =  0cos(ωt + φ). Рассмотрим теперь электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки. Цепь подключена к источнику переменного тока частоты ω. На всех последовательно соединенных участках цепи протекает один и тот же ток. Между напряжением внешнего источника e(t) и током J(t) возникает фазовый сдвиг на некоторый угол φ. Поэтому можно записать J(t) = I0 cosωt;  e(t) =  0cos(ωt + φ). Средняя мощность, развиваемая источником переменного тока, равна

№ слайда 21 Величину называют полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу, выражающ
Описание слайда:

Величину называют полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу, выражающую связь между амплитудными значениями тока и напряжения в цепи, можно записать в виде ZI0 =  0. Это соотношение называют законом Ома для цепи переменного тока. Величину называют полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу, выражающую связь между амплитудными значениями тока и напряжения в цепи, можно записать в виде ZI0 =  0. Это соотношение называют законом Ома для цепи переменного тока.

№ слайда 22 Параллельный RLC-контур. Параллельный RLC-контур. Векторная диаграмма для паралл
Описание слайда:

Параллельный RLC-контур. Параллельный RLC-контур. Векторная диаграмма для параллельного RLC-контура. Из диаграммы следует:

№ слайда 23 Трансформаторы. Передача электрической энергии Среди приборов переменного тока,
Описание слайда:

Трансформаторы. Передача электрической энергии Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная.

№ слайда 24 Так как магнитные потоки, пронизывающие обмотки, пропорциональны числу n1 и n2 в
Описание слайда:

Так как магнитные потоки, пронизывающие обмотки, пропорциональны числу n1 и n2 витков в них, можно записать для первичной обмотки: Так как магнитные потоки, пронизывающие обмотки, пропорциональны числу n1 и n2 витков в них, можно записать для первичной обмотки: для вторичной обмотки:

№ слайда 25 Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать: Для амплитудных
Описание слайда:

Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать: Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать: Коэффициент K = n2 / n1 есть коэффициент трансформации. При K > 0 трансформатор называется повышающим, при K < 0 – понижающим.

№ слайда 26 Электромагнитные волны Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем п
Описание слайда:

Электромагнитные волны Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты. Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса: Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле. Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов: 1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. 2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

№ слайда 27 Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – элек
Описание слайда:

Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные: ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м. Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные: ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м. Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1): 3. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ = wм.

№ слайда 28 4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает
Описание слайда:

4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S, ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная 4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S, ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная ΔWэм = (wэ + wм)υSΔt. Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:

№ слайда 29 5. Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, ч
Описание слайда:

5. Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением 5. Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением где wэм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме. Это соотношение между массой и энергией электромагнитного поля является универсальным законом природы.

№ слайда 30 7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися заряда
Описание слайда:

7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p(t) которого быстро изменяется во времени. Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ. 7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p(t) которого быстро изменяется во времени. Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ.

№ слайда 31 Излучение элементарного диполя. Излучение элементарного диполя. Следует обратить
Описание слайда:

Излучение элементарного диполя. Излучение элементарного диполя. Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Герц использовал элементарный диполь в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.

№ слайда 32 1. Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла. 1. Закон электромагнит
Описание слайда:

1. Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла. 1. Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла. 2. Гипотеза Максвелла. Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле.

Скачать эту презентацию

Презентации по предмету
Презентации из категории
Лучшее на fresher.ru