Принцип действия электрогенератора. Переменный ток.

Будем вращать рамку из проводника в однородном магнитном поле,тогда, магнитный поток, через площадь, ограниченную рамкой будет меняться, т. к. будет меняться угол α, между вектором магнитной индукции и вектором n, и в рамке возникнет индукционный ток.

Этот ток будет меняться по гармоническому закону, т. е. по закону sin или cos.

i = I_m Sin ωt или i = I_m Соs ωt

Период Т переменного тока- это наименьший промежуток времени, через который значение силы тока повторяются, половину периода ток имеет положительное направление, т. е. течет в оду сторону по рамке, а вторую половину периода имеет отрицательное значение, т. е. течет в другую сторону. Причем величина тока все время меняется от 0 до I_m, от I_m до 0.

Ток, изменяющийся по величине и по направлению, называют переменным электрическим током.

ν = 1/Т – частота переменного тока, показывает сколько полных колебаний совершает ток за 1 секунду.

Ток с частотой 50 Гц называется промышленным током стандартной частоты. Именно такой током мы пользуемся в быту.

Т = 1/ν = 1/50Гц = 0, 02 с. Таким образом ток в наших квартирах за 0,02 секунды дважды меняет своё направление, дважды достигает максимального значения и дважды становится равным нулю.

Только благодаря большой частоте тока мы не замечаем, что 100 раз в секунду тока в цепи нет.

ω = 2πν – циклическая частота тока, показывает сколько полных колебаний совершает ток за

6, 28 секунды.

Переменный электрический ток получают с помощью генераторов переменного тока. Наиболее распространен механический индукционный генератор переменного тока.

Он преобразует механическую энергия в энергию электрического тока, используя явление ЭМИ.

Состоит из ротора – вращающаяся часть генератора и статора – неподвижная часть генератора.

В маломощных генераторах ротор – это рамки, уложенные в пазы стального сердечника.

Статор – это магниты (электромагниты), создающие магнитное поле. Ток от вращающихся рамок отводится с помощью скользящего контакта(щетки и коллектор).В мощных генераторах ротором являются магниты(индуктор), а рамки являются статором. Это сделано для того, чтобы в мощных генераторах при снятии высокого напряжения с рамок не возникало искрение. Для получения тока промышленной частоты, ротор при одной паре магнитов (одной паре полюсов) надо вращать с очень большой скоростью.

Будем вращать рамку из проводника в однородном магнитном поле с угловой скоростью ω.

Тогда, магнитный поток, через площадь, ограниченную рамкой будет меняться, т. к. будет меняться угол α, между вектором магнитной индукции и вектором n, в рамке возникнет индукционный ток.

α = ωt – закон по которому меняется угол. Если в начальный момент времени, рамка была перпендикулярна полю, т. е. α₀ =0⁰, Cos α =1 и Ф = Ф_mто: Ф = BS Cos α = BSCos ωt – магнитный поток в данный момент времени(мгновенный магнитный поток), где BS = Ф_m – максимальный магнитный момент (амплитуда магнитного потока), ωt = φ – фаза магнитного потока. Т. к. магнитный поток изменяется, то в рамке возникнет индукционный ток. Магнитный поток изменяется по закону СОS (по гармоническому закону), следовательно напряжение на концах рамки меняется тоже по закону СОS и сила индукционного тока в рамке тоже будет меняться по гармоническому закону, т. е по закону Sin или Сos. i = I_m Sin (ωt + φ_с) – сила тока в данный момент времени (мгновенная сила тока), где I_m – максимальное значение тока(амплитуда тока). φ = ωt + φ₀ – фаза тока, φ_с – сдвиг фаз между изменениями силы тока и напряжения. Переменный электрический ток – это пример вынужденных электромагнитных колебаний, т. е. периодических изменений силы тока и напряжения в электрических цепях происходящих за счет внешней периодически изменяющейся ЭДС.

Ф = BSCos ωt – мгновенный магнитный поток через площадь, ограниченную рамкой.

е_i = - N Ф^/ = NBSω Sin ωt – мгновенное значение ЭДС индукции.

NBSω = Е_m – максимальное значение ЭДС индукции (амплитуда ЭДС). Если рамка не замкнута на внешнюю цепь, то на концах рамки возникает разность потенциалов (напряжение). Причем, если ЭДС меняется по закону Sin, то и напряжение на концах рамки тоже будет меняться по закону Sin: u = U_m Sin ωt- мгновенное напряжение на выводах рамки. Фаза силы тока в цепи рамки может не совпадать с фазой напряжения на рамке, т.е. i = I_mSin (ωt +φ_с), где φ_с – разность фаз (сдвиг фаз) силы тока и напряжения.

Сила тока в цепях переменного тока постоянно меняется. Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующее значение силы тока, действующее значение напряжения, действующее значение ЭДС индукции.

Действующее значение связано с амплитудным значением простым соотношением:

I = I_m/√2 – действующее значение силы тока.U = U_m/√2 – действующее значение напряжения.

Е = Е_m/√2 – действующее значение ЭДС.

Действующим значением силы переменного тока, называют такое значение постоянного тока, при прохождении которого по данной цепи, в ней выделяется столько же энергии, сколько выделяется при прохождении данного переменного тока.

р = i u – мгновенное значение мощности. Р = UI Cosφ_с – мощность переменного тока на участке цепи, φ_с – разность фаз (сдвиг фаз) между изменениями силы тока и напряжения на данном участке.

3.Решите задачу: какой была начальная скорость поезда, если через 4 секунды, двигаясь с ускорением 0,6 м/с ², поезд достиг скорости 63 км/ч?

Решение: при равноускоренном движении скорость, полученная телом через промежуток времени v= v₀+at. После вычислений получаем значение начальной скорости v₀ = 15,1 м/с.

Билет №8