скачать doc
Урок 2 10.07
Тема урока:
Затухающие колебания. Вынужденные электрические колебания. Переменный электрический ток.
Так как в любом колебательном контуре все-таки есть потери энергии на нагревание проводов, электромагнитные колебания в нем являются затухающими.
Колебания, возникающие в колебательной системе под действием периодически изменяющихся внешних сил, называются вынужденными.
При подключении в электрическую цепь генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания.
Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.
Вынужденные электромагнитные колебания в электрических цепях создаются генератором переменного тока, работающим на электростанции.
Виток в однородном магнитном поле.
П
усть виток ограничивает поверхность площадью S и вектор В индукции однородного магнитного поля расположен под углом а к перпендикуляру к плоскости витка. Магнитный поток Ф через площадь витка создается составляющей В1 вектора индукции, направленной перпендикулярно плоскости витка и равной по модулю В1=BcosαПри вращении витка с периодом Т угол α изменяется по закону α = 2πt/T, а магнитный поток Ф, пронизывающий виток, изменяется с течением времени по закону:
Ф = ВSсоsα = ВSсоs(2πt/T).
Так как 2πt/T = ω, то для магнитного потока получаем выражение:
Ф
= ВSсоs ωt. Изменения магнитного потока возбуждают в витке ЭДС индукции, равную
ε = -Ф'.
Изменения ЭДС индукции со временем происходят по закону:
ε = BSωsin ωt,
или
ε = εmax sinωt,
где
εmax = BSω — амплитуда ЭДС.
Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щеток соединить концы витка с электрической цепью, то под действием ЭДС индукции, изменяющейся со временем по гармоническому закону, в электрической цепи возникнут вынужденные гармонические колебания силы тока — переменный ток.Для получения больших значений амплитуды ЭДС и больших значений амплитуды силы тока во внешней цепи используются генераторы переменного тока с большой площадью S витка и большим числом витков в обмотке.
Генератор переменного тока.
На практике синусоидальная ЭДС возбуждается не путем вращения витка в магнитном поле, а путем вращения магнита или электромагнита (ротора) внутри статора — неподвижной обмотки, навитой на стальной сердечник. Это позволяет избежать снятия напряжения с помощью контактных колец, что невозможно при больших значениях амплитуды напряжения.
Работа основана на явлении электромагнитной индукции.
Устройство генератора переменного тока
1
. Обмотка статора с большим числом витков, размещенных в его пазах. В ней наводится ЭДС.2. Станина, внутри которой размещены статор и ротор.
3. Ротор (вращающаяся часть генератора) создает магнитное поле от электромашины постоянного тока. Может иметь n пар полюсов.
4. Статор состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов. Пластины — из электротехнической стали.
5. Клеммный щиток на корпусе станины для снятия напряжения.
При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС:
ε = εmax sinωt = BSωN sin 2πnt,
где εmax = BSωN - максимальное значение ЭДС; n - число оборотов ротора в секунду;
N — число витков обмотки статора.
Частота ЭДС равна: ν = np, где р — число пар полюсов. На гидроэлектростанциях в генераторе число пар полюсов равно 40—50, а на тепловых—10—16.
В
ырабатываемое напряжение в промышленных генераторах 103 — 104 В.