Physel.ru

Физика, механика и т.п.

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

§ 162. Сдвиг фаз между током и напряжением.

E-mail Печать PDF
Проделаем следующий опыт. Возьмем описанный в § 153 осциллограф с двумя петлями и включим его в цепь так рис. 305, а), чтобы петля 1 была включена в цепь последовательно с конденсатором, а петля 2 параллельно этому конденсатору. Очевидно, что кривая, получаемая от петли 1, изображает форму тока, проходящего через конденсатор, а от петли 2

Рис. 305. Опыт по обнаружению сдвига фаз между током и напряжением:    слева — схема   опыта,    справа — результаты
дает форму напряжения между обкладками конденсатора (точками а и b), потому что в этой петле осциллографа ток в каждый момент времени пропорционален напряжению. Опыт показывает, что в этом случае кривые тока и напряжения смещены по фазе, причем ток опережает по фазе напряжение на четверть периода (на p/2). Если бы мы заменили конденсатор катушкой с большой индуктивностью (рис. 305, б), то оказалось бы, что ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода (на p/2). Наконец, таким же образом можно было бы показать, что в случае активного сопротивления напряжение и ток совпадают по фазе (рис. 305, в).

В общем случае, когда участок цепи содержит не только активное, но и реактивное (емкостное, индуктивное или и то и другое) сопротивление, напряжение между концами этого участка сдвинуто по фазе относительно тока, причем сдвиг фаз лежит в пределах от +p/2 до —p/2 и определяется соотношением между активным и реактивным сопротивлениями данного участка цепи.

В чем заключается физическая причина наблюдаемого сдвига фаз между током и напряжением?

Если в цепь не входят конденсаторы и катушки, т. е. емкостным и индуктивным сопротивлениями цепи можно пренебречь по сравнению с активным, то ток следует за напряжением, проходя одновременно с ним через максимумы и нулевые значения, как это показано на рис. 305, в.

Если цепь имеет заметную индуктивность L, то при прохождении по ней переменного тока в цепи возникает э. д. с. самоиндукции. Эта э. д. с. по правилу Ленца направлена так, что она стремится препятствовать тем изменениям магнитного поля (а следовательно, и изменениям тока, создающего это поле), которые вызывают э. д. с. индукции. При нарастании тока э. д. с. самоиндукции препятствует этому нарастанию, и потому ток позже достигает максимума, чем в отсутствие самоиндукции. При убывании тока э. д. с. самоиндукции стремится поддерживать ток и нулевые  значения тока будут достигнуты в более поздний момент, чем в   отсутствие самоиндукции. Таким образом, при наличии индуктивности ток отстает по фазе оттока в отсутствие индуктивности, а следовательно, отстает по фазе от своего напряжения.

Если активным сопротивлением цепи R можно пренебречь по сравнению с ее индуктивным сопротивлением XL=wL,  то отставание тока от напряжения по времени

равно Т/4 (сдвиг фаз равен p/2), т. е. максимум u совпадает с i=0, как это показано на рис. 305, б. Действительно, в этом случае напряжение на активном сопротивлении Ri=0, ибо R=0, и, следовательно, все внешнее напряжение u уравновешивается э. д. с. индукции, которая противоположна ему по направлению: u=LDi/Dt. Таким образом, максимум u совпадает с максимумом Di/Dt, т. е. наступает в тот момент, когда i изменяется быстрее всего, а это бывает, когда i=0. Наоборот, в момент, когда i проходит через максимальное значение, изменение тока наименьшее (Di/Dt=0), т. е. в этот момент u=0.

Если активное сопротивление цепи R не настолько мало, чтобы им можно было пренебречь, то часть внешнего напряжения и падает на сопротивлении R, а остальная часть уравновешивается э. д. с. самоиндукции: u=Ri+LDi/Dt. В этом случае максимум i отстоит от максимума и по времени меньше, чем на T/4 (сдвиг фаз меньше p/2), как это изображено

Рис. 306. Сдвиг фаз между током и напряжением в цепи, содержащей активное   и   индуктивное   сопротивления
на рис. 306. Расчет показывает, что в этом случае отставание по фазе j может быть вычислено по формуле
(162.1)
При R=0 имеем tgj=¥ и j=p/2, как это объяснено выше.

Если цепь состоит из конденсатора емкости С, а активным сопротивлением можно пренебречь, то обкладки конденсатора, присоединенные к источнику тока с напряжением u, заряжаются и между ними возникает напряжение uC. Напряжение на конденсаторе uC следует за напряжением источника тока u практически мгновенно, т. е. достигает максимума одновременно с u и обращается в нуль, когда u=0.

Зависимость между током i и напряжением u в этом случае показана на рис. 307, а. На рис. 307, б условно изображен процесс перезарядки конденсатора, связанный с появлением переменного тока в цепи.

Когда конденсатор заряжен до максимума (т. е. uC, а следовательно, и   u  имеют  максимальное  значение), ток

Рис. 307. a) Сдвиг фаз между напряжением и током в цепи с емкостным сопротивлением  в  отсутствие  активного сопротивления.  б)  Процесс перезарядки   конденсатора в цепи переменного тока
i=0 и вся энергия цепи есть электрическая энергия заряженного конденсатора (точка а на рис. 307, а). При уменьшении напряжения u конденсатор начинает разряжаться и в цепи появляется ток; он направлен от обкладки 1 к обкладке 2, т. е. навстречу напряжению u. Поэтому на рис. 307, а он изображен как отрицательный (точки лежат ниже оси времени). К моменту времени t=T/4 конденсатор полностью разряжен (uC=0 и u=0), а ток достигает максимального значения (точка b); электрическая энергия равна нулю, и вся энергия сводится к энергии магнитного поля, создаваемого током. Далее, напряжение u меняет знак, и ток начинает ослабевать, сохраняя прежнее направление. Когда u (и uC) достигнет максимума, вся энергия вновь станет электрической, и ток i=0 (точка с). В дальнейшем u (и uC) начинает убывать, конденсатор разряжается, ток нарастает, имея теперь направление от обкладки 2 к обкладке 1, т. е. положительное; ток доходит до максимума в момент, когда u=0 (точка d) и т. д. Из рис. 307, а видно, что ток раньше, чем напряжение, достигает максимума и проходит через нуль, т. е. ток опережает напряжение по фазе.

Если активным сопротивлением цепи R нельзя пренебречь по сравнению с емкостным  ХC=1/wC, то ток опережает напряжение по време-

Рис. 308. Сдвиг фаз между током и напряжением в цепи, содержащей активное и емкостное сопротивления
ни меньше, чем на Г/4 (сдвиг фаз меньше я/2, рис. 308). Для этого случая, как показывает расчет, сдвиг фаз j может быть вычислен по формуле
(162.2)
При R=0 имеем tgj=¥ и j=p/2, как это объяснено выше.

Комментарии  

 
0 #16 Stepan 14.01.2017 06:44
Помогите забанить аккаунт Google Adsense. Отправьте жалобу в Google Adsense на эти сайты:
http://cookingmeat.ru/
http://yaderenergy.ru/
http://landreferat.ru/
http://moyogorodinfo.ru/
Этот козел увел у меня девушку, пусть теперь получит бан в Adsense!
Цитировать
 
 
0 #15 JamesDab 08.01.2017 21:39
Есть несколько причин купить поддоны (паллеты) б у в компании "Завод тары": Постоянные клиенты экономят дополнительную сумму на покупке поддонов за счет бонусов и скидок. Стоимость поддонов и паллетов ниже средней по рынку, при высоком качестве паллетной продукции.
Цитировать
 
 
0 #14 GeorgeKef 08.01.2017 21:30
Благодарю за информацию, теперь я не допущу такой ошибки.


-----
http://onlyfilm.tv/otechestvennyy/
Цитировать
 
 
-1 #13 Victornut 08.01.2017 21:18
Вы попали в самую точку. В этом что-то есть и мне нравится Ваша идея. Предлагаю вынести на общее обсуждение.


----
http://okna-sitystroy.ru/poleznoe/67-ventilyaciya-plastikovyh-okon.html
Цитировать
 
 
0 #12 ThomasOwert 08.01.2017 19:46
In my opinion you are not right. I am assured. Write to me in PM, we will communicate.


-----
keyword search | http://trends-keyword.ru
Цитировать
 
 
0 #11 StevenLiavy 08.01.2017 19:04
Веб сайт новостей со всего страны на главным рубрикам, что провожают любую быт, открыто приветствует клиентов на онлайн сайте www.zaxvatu.net увлекательными и свежих новостей еще новинок различных разделов. Читатели портала повседневно смогут следить за всеми известия строительство, автомобили, телевидение , аппаратуры, здоровье плюс новостей мира, изучать учебные выпуски также рекомендации мастеров. Определить недвижимость города и других городов света, применить способы выздоравливание усталости, популярные варианты также путешествий, обустроить жилье, выбрать стильный образ и быть правильными мамой также достаточно подобного подобного выполнимо быстро благодаря подмогой предложениях еще выпусков указанного онлайн-портала, каков посетители можете перейти у каждое момент дня.
Цитировать
 
 
0 #10 DustinPrany 06.01.2017 17:22
Все в свое время.


------
police 1102 | http://ledpolice.ru
Цитировать
 
 
0 #9 CheapFastin 29.10.2016 14:43
list of different doctors acheter zolpidem georgia health science university
Цитировать
 
 
+1 #8 pipec 18.05.2016 16:09
начали письками мериться
Цитировать
 
 
+1 #7 Ecs 31.03.2014 19:31
Цитата:
отрицательное значение тока???) это что-то новенькое)

с 7 класса? не путай переменное с постоянным, это совершенно разное.... в переменном появляются углы сдвигов фаз, синусы и "любимые" комплексные значения ипрочее (если не путаю)
Цитировать
 
 
+3 #6 04.03.2013 07:03
Цитирую Юлия:
Мне тоже казалось, что ток- скаляр а не вектор, а напряжение-вектор.

Цитирую Иван:
отрицательное значение тока???) это что-то новенькое)


Детский сад. Ток - величина векторная. Как и всякий вектор, он имеет модуль и направление. Модуль - это его амплитуда, а направление он меняет 1/f раз в секунду. "Отрицательное" значение тока - значит течет в обратном от "положительного" направлении.
Цитировать
 
 
-9 #5 20.12.2012 00:27
Мне тоже казалось, что ток- скаляр а не вектор, а напряжение-вектор.
Цитировать
 
 
+12 #4 19.05.2012 09:45
Цитирую Иван:
отрицательное значение тока???) это что-то новенькое)


Не пойму что для вас в этом новое, ток векторная величина, и она имеет положительное и отрицательное направлние так же как и напряжение
Цитировать
 
 
-47 #3 01.12.2011 04:03
отрицательное значение тока???) это что-то новенькое)
Цитировать
 
 
-1 #2 12.06.2011 09:39
а если Rl=Xl= 1 Ом
Цитировать
 
 
+7 #1 08.08.2010 12:13
направление векторов где
Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

You are here: