2-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

4. Электромагнитные колебания и волны

УРОК 4/46

Тема. Переменный электрический ток

Цель урока: сформировать у учащихся представление о переменный ток как вынужденные электрические колебания.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Переменный электрический ток

Ø Переменный ток - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Ø Вынужденные электромагнитные колебания - незатухающие колебания заряда, напряжения, силы тока и других физических величин, обусловленных ЭДС, периодически меняется:

Ярким примером вынужденных колебаний является переменный ток:

2. Как получать переменную ЭДС

Источник электрической энергии, что создает периодически изменяющуюся ЭДС, называют генератором переменного тока.

Генератором переменного тока может служить проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле индукцией с некоторой постоянной угловой скоростью ω.

Магнитный поток через рамку Ф = BScos. Зависимость угла от времени имеет вид = ωt. Тогда Ф = BScosωt.

Изменение магнитного потока приводит к возникновению в рамке ЭДС индукции в Соответствии с законом электромагнитной индукции Скорость изменения магнитного потока ΔФ/Δt с точки зрения математики является производной функции Ф(t), поэтому

Таким образом, рассматриваемая рамка является источником ЭДС, что испытывает гармонических колебаний амплитудой Если рамка содержит N витков проводника, амплитуда ЭДС увеличивается в N раз:

Чтобы воспользоваться полученной ЭДС, необходимо присоединить подвижные концы рамки до неподвижных контактов внешнего электрического круга. Можно сделать так, чтобы металлическое кольцо от каждого из концов рамки скользило по своему неподвижном контакта (щетки). Тогда щетки можно рассматривать как полюса источника тока. Если присоединить к этим полюсам резистор, сопротивление R которого во много раз превышает сопротивление рамки и контактов, напряжение на нем будет равно ЭДС в рамке u(t) = ωNBSsinωt, а сила тока в резисторе будет:

На рисунке показан график зависимости силы тока от времени (Imax = ωNBS).

Период переменного тока: частота:

3. Генератор переменного тока

Простейший генератор переменного тока представляет собой металлический сердечник, в пазы которого вложена обмотка. Концы обмотки соединены с кольцами. Сердечник с обмоткой вращается в магнитном поле неподвижного постоянного магнита или электромагнита. Вращающуюся часть генератора называют ротором, неподвижную - статором.

Скорость вращения ротора можно уменьшить, если использовать электромагнит, имеющий несколько пар магнитных полюсов. Частота v переменного тока связана с частотой вращения ротора генератора vmax соотношением: v = pvmax, где p - число пар магнитных полюсов генератора.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. При каких условиях в электрической цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания?

2. Какое явление используют во время производства электроэнергии на электростанциях?

3. Почему мы не замечаем мерцание лампочек, включенных в осветительную сеть переменного тока?

Второй уровень

1. Какая энергия превращается в электрическую энергию?

2. На каком явлении основано действие генераторов электрического тока?

3. Почему во время равномерного вращения рамки в постоянном магнитном поле в ней индуцируется не постоянный, а переменный ток?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Можно ли измерить чувствительным електрометром напряжение в цепи переменного тока?

2. Вращающие на генераторах электростанций - рамки или магниты? Чем это обусловлено?

2). Учимся решать задачи

1. ЭДС переменного тока задана уравнением e = 100sin20t. Определите частоту и период тока.

2. Проволочная прямоугольная рамка размером 20 х 30 см, имеет 20 витков медного провода диаметром 1 мм, находится в однородном магнитном поле индукцией 0,5 Тл. Рамку замыкают на резистор сопротивлением 6,6 Ом и начинают вращать с частотой 10 об/с. Определите максимальную силу тока, возникающую в рамке.

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Переменный ток - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

• Вынужденные электромагнитные колебания - незатухающие колебания заряда, напряжения, силы тока и других физических величин, обусловленных ЭДС, периодически меняется:

• Источник электрической энергии, которое создает ЭДС, периодически изменяется, называют генератором переменного тока.

Домашнее задание

1. Подр-1: § 29; подр-2: § 15.

2. Сб.:

Рів2 № 9.24; 9.25; 9.26; 9.27.

Рів3 № 9.31; 9.31; 9.33; 9.34.