Переменный ток. Основные характеристики переменного тока. Активное и реактивное сопротивление цепи переменного тока (импеданс).

Переменным называют любой ток, который изменяется с течением времени по величине и направлению. В технике переменным называют ток, который изменяется со временем по гармоническому закону:

 

 

Переменный ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, которые возникают при подключении какого-либо прибора в сеть переменного напряжения:

 

Максимальное значение тока Imax и начальная фаза зависят от свойств элементов, входящих в электрическую схему прибора.

 

Основные характеристики:

• Амплитуда

Максимальное значение тока, измеренное от нулевого уровня.

 

• Период

Время, в течение которого происходит один полный цикл изменения тока в оба направления относительно нуля или среднего значения. Измеряется в секундах..

 

• Частота

Величина, обратная периоду, равная количеству периодов за секунду. Принято считать равной 50 Гц.

 

• Фаза

Характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t=0 фаза называется начальной.

 

1) Протекание переменного тока по резистору.

Резистором называется проводник, в котором при протекании переменного тока не возникает электродвижущая сила.

При протекании переменного тока через резистор выполняется закон Ома для цепи, поэтому отношение напряжения к силе тока остается постоянным и называется сопротивлением резистора:

 

Сопротивление резистора не зависит от частоты тока.
При протекании по резистору сила тока изменяется в одинаковой фазе с приложенным напряжением.

 

 

Работа переменного тока, протекающего через резистор, полностью превращается в его внутреннюю энергию, поэтому сопротивление резистора называют активным.

 

 

2) Конденсатор в цепи переменного тока, емкостное сопротивление.

 

Если включить в цепь переменного напряжения конденсатор емкостью С, то вместе с изменением напряжения будет меняться заряд конденсатора, а в подводящих проводах возникнет ток.

 

Ток в цепи с конденсатором опережает напряжение по фазе п/2.
Цепь с конденсатором характеризуется емкостным сопротивлением – сопротивление, равное отношению значения переменного напряжения на пластинах конденсатора к амплитудному значению силы тока в цепи

 

 

3) Протекание переменного тока по идеальной катушке индуктивности, индуктивное сопротивление.

Подключим к цепи катушку с индуктивностью L.Из-за явления самоиндукции в ней возникнет ЭДС, препятствующая изменению тока в цепи.

 

 

Сила тока в идеальной катушке индуктивности отстает по фазе от приложенного напряжения на п/2.

Цепь с катушкой характеризуется индуктивным сопротивлением – сопротивление, равное отношению амплитудного значения переменного напряжения на катушке индуктивности к амплитудному значению силы тока в ней

 

 

При протекании переменного тока по конденсатору и идеальной катушки индуктивности не происходит потерь энергии, поэтому такие сопротивления называют реактивным.

 

 

Импеданс равен отношению амплитудного значения переменного напряжения на концах цепи к амплитудному значению силы тока в ней.

 

Импеданс наблюдается в цепи, состоящей из последовательно соединённых резистора R, катушки индуктивности L и конденсатора C. В такой цепи присутствует активное и реактивное сопротивления. Поэтому ее сопротивление и называют импедансом.

 

 

17. Электрические свойства биологических тканей. Импеданс тканей организма.
18. Частотная зависимость импеданса биологических тканей. Альфа-, бета- и гамма- области дисперсии. Эквивалентная электрическая схема биологических тканей.

 

Ткани организма представляют собой по электрическим свойствам разнородную среду. Органические вещества (белки; гликогены; жиры; углеводы) являются диэлектриками. Самые лучшие диэлектрики: роговой слой кожи, связки, сухожилия, костная ткань.
Неорганические вещества (соли, входящие в состав лимфы, крови, СМ жидкости и т.д.) представляют собой электролиты (жидкие проводники), то есть тканевые жидкости являются хорошими проводниками. Самые лучшие: сыворотка крови, спинномозговая жидкость.

При наложении внешнего электрического поля в тканях возникает противоположно направленное внутреннее электрическое поле (за счет всех видов поляризации), которое значительно уменьшает внешнее поле и обуславливает высокое сопротивление тканей постоянному току.

Учитывая сложную структуру биологической ткани, можно говорить об особых видах поляризации тканей во внешних электрических полях:
1) Макроструктурная поляризация – возникает на границе слоев с различной электропроводимостью. Под действием внешнего поля свободные ионы, электроны перемещаются в пределах каждой ткани до границы проводящего слоя. В результате проводящие среды в совокупности с ограничивающими их диэлектриками становятся гигантским диполем. Время релаксации составляет Т= 10 в -8 – 10 в -3 секунд.

Например: живая клетка.

2) Поверхностная поляризация – происходит на поверхностях, имеющих двойной электронный слой. При наложении внешнего электрического поля, проводящие частицы смещаются в одну сторону, а молекулы диэлектриков – в другую. Возникают наведенные диполи. Время релаксации составляет Т= 10 в -3 – 1 секунды.