Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, при вращении витка в магнитном поле все время изменяется магнитный поток через площадь, ограниченную контуром. Это изменение магнитам® потока приводит к тому, что в контуре индуцируется з. д. с., в результате чего возникает электрический ток. Этот ток также изменяется со временем как по величине, так и по направлению. Такой ток называют переменным током.
Рассмотрим подробнее процесс образования переменного тока. Из рис. 90 мы видим, что магнитный поток, пронизывающий контур, будет максимальным тогда, когда плоскость вращающегося витка перпендикулярна магнитным силовым линиям (рис. 90, о, в). Ско-Д Ф
рость же изменения этого потока -гг в этом случае равна нулю, так
226
как при прохождении через это положение участки витка аЬ и cd скользят вдоль силовых линий, не пересекая их. Отсюда следует, что э. д. с. индукции, возникающая в этом случае в контуре, равна нулю.
Когда же плоскость витка параллельна силовьш линиям поля (рис. 90, б, г), поток, пронизывающий его, равен нулю; скорость же изменения этого потока максимальна, так как участки контура аЬ
и cd пересекают магнитные силовые линии под прямым углом. Отсюда следует, что э. д. с. индукции, возникающая в контуре, будет в этом случае максимальной.
При вращении витка э. д. с., возникающая в нем, все время изменяется, изменяется и ток в витке. Направление тока, возникающего в участках аЬ и Cd при вращении витка, можно определить по правилу правой руки. Мы видим, что при разных положениях витка ток на участках аЬ и cd изменяет свое направление. Следовательно, изменяется и направление тока во всем витке.
Таким образом, при вращении витка в магнитном поле в нем возникает переменный ток.
Ь
Рис. 90.
227
§ 96. Основные величины, характеризующие переменный ток
Электрический ток, возникающий в витке при вращении его в магнитном тале, характеризуется тем, что сила efo'Изменяется со временем по синусоидальному закону:
/ = /м sin (соt + ?„).
Значение тока I в любой момент времени называется мгновенным значением переменного тока. Наибольшее значение тока /м называется амплитудным значением переменного тока. Промежуток времени Т, за который переиенная э. д. с. совершает одно Полное колебание, называется периодом переменного тока.
Круговая частота перемендаго тока а связана с Частотой колебаний / и периодом T соотношением
Частотой колебаний f называют число полных.колебаний, совершаемых за 1 сек. Частота промышленного переменного тока ^ = 50 гц, т. е. равна 50 колебаниям в секунду.
Э. д. с. источника переменного тока или напряжение иа зажимах какого-либо участка внешней цепи изменяется во времени, так же как и ток. по синусоидальному закону:
E = Ett sin (и/ -f- <р0);
U = U11 sin (а>/ + %).
При прохождении переменного тока по проводнику в нем (как и в случае прохождения постоянного тока) выделяется тепло. Как же определить, какое количество тепла выделится в проводнике за время t при прохождении по нему переменного тока с заданным амплитудным значением /м?
Мгновенные значения переменного тока изменяются от одного момента времени к другому. Поэтому количество тепла, выделяемое в проводнике за какое-то определенное время, будет разным для разных моментов времени. Можно подобрать такой постоянный ток, который за длительный промежуток времени выделит- в рассматриваемом проводнике то же количество тепла,- что и заданный переменный ток.
Такой постоянный ток, который за одинаковый промежуток времени выделяет в одном и том же проводнике то же количество тепла, что н переменный с банным амплитудным значением, называется
аффективным, иди действующим, значением переменного тока. Так же определяется и эффективное значение напряжения.
Эффективные, значения тока и напряжений связаны с амплитудными значениями такой зависимостью:
где /зф и Uдф — аффективные значения тока и напряжения. Обычно в практике величину переменного тока и его напряжение характеризуют .именно эффективными (а ие амплитудными) значениями. Так, например, 220 в обычной осветительной сети переменного тока являются эффективным напряжением; соответствующее амплитудное значение, т. е. наибольшее значение, которого достигает напряжение в Сети, составляет 310 в.
Задача 1. Рамка, содержащая п = 500 витков с площадью поперечного сечения витка S = 400 см2, вращается в магнитном поле с. напряженностью H = 2 • IO4 а/м. Определить э. д. с. индукции через 0,01 сек после начала движения рамки из нейтрального положения, еслн амплитудное значение s. д. с. Elf = 25 в; Jig =.4я X
X IO-7 shJm.
Решение. Амплитудное значение э. д. с. переменного тока
откуда находим:
“ =ІІЖ; "=49-8
E = Eu sin tot; оit = 0,498 рад = 28° ЗО';
E = 25 в • 0.4772 = 12 в.
Ответ. Э. д. с. индукции в рамке будет равна 12 в.
Задача 2. Мгновенное значение э. д.' с. синусоидального тока E= 120 в для фазы f = 40° Каково амплитудное и действующее значение э. д. с.?
Решение. Мгновенное значение э. д. с.
E = Eyi sin <р;
E 120 в
“sin?’ 0,6428 =
