Резистор в цепи переменного тока статья по физике (11 класс) по теме
Предложено на основе применения ЭОР "Начала электроники" виртуальное изучение резистора в цепи переменного тока. Предложенный матноиал может быть использован как виртуальная лабораторная работа.
Скачать:
ВложениеРазмер rezistor_v_cepi_peremennogo_toka.docx 448.78 КБПредварительный просмотр:
РЕЗИСТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Некрасов Александр Григорьевич , учитель физики.
Статья отнесена к разделу: Преподавание физики.
Цели урока: На основе виртуального эксперимента изучить закономерности протекания переменного тока через резистор (сопротивление).
Образовательная: Данный урок посвящен изучению основных свойств электрических цепей переменного тока на примере резистора.
Развивающая: Развивать внимание, умение творчески и логически анализировать экспериментальные данные, собирать электрические цепи на моделях, измерять электрические величины. Повышать интерес к физике путем выполнения лабораторной работы, расчета требуемых величин.
Воспитательная: Развивать самостоятельность, аккуратность и внимание при проведении компьютерного эксперимента, чувство ответственности за полученные результаты. Воспитание мировоззренческих понятий: познаваемость окружающего мира, явлений.
Форма урока: виртуальная лабораторная работа.
Все электрические цепи образуются путем соединения пассивных и активных элементов. Пассивными элементами электрической цепи называются элементы, в которых электромагнитная энергия преобразуется в другие виды энергии, поглощается или накапливается в виде энергии электрического или магнитного полей. К активным элементам электрической цепи относятся сопротивления (резисторы) , конденсаторы , индуктивности и т.д. Значения входят в формулы ( электрический заряд)
Если не зависит от тока и напряжения, то эти элементы называются «линейными», а цепи, составленные из этих элементов, называются линейными электрическими цепями (кроме катушек с сердечниками). Электромагнитные процессы в электрических цепях описываются с помощью величин: Здесь обозначения введены для случая постоянного тока. Малой буквой обозначают мгновенные значения переменных электрических величин. Амплитудные значения будем обозначать большой буквой с нижним индексом « » ( ).
Изучаемые явления, протекающие в электрических цепях, будем считать квазистационарными, т.е. во всех ее последовательно соединенных участках сила тока в один и тот же момент времени одинакова. Также будем изучать синусоидальный переменный ток одинаковой частоты:
Где , – начальная фаза при
Часто для анализа цепей переменного тока применяют векторные диаграммы: совокупность векторов, изображающих токи и напряжения в какой либо цепи синусоидального тока, построенных в определенном масштабе с соблюдением их взаимной ориентации по фазе (величина, стоящая под знаком синуса или косинуса).
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника синусоидального (переменного) тока и одного активного сопротивления Приложим переменное напряжение В цепи пойдет ток
где Электрический ток и напряжение совпадают по фазе, а это значит, что векторы и совпадают по направлению и разность фаз Для мгновенных значений амплитуд и действующих значений выполняется закон Ома
Здесь и . Мгновенная мощность на сопротивлении
Изменяется с удвоенной частотой в диапазоне от 0 до , оставаясь положительной, а это значит, что энергия все время поступает в цепь из источников и расходуется на активном сопротивлении.
Заметим, что активное сопротивление проводников в цепи переменного тока всегда больше их сопротивления в цепи постоянного тока. В отличие от постоянного тока плотность переменного тока неравномерна в плоскости поперечного сечения, что обусловлено действием ЭДС самоиндукции. Для переменного тока «полезное» сечение как бы уменьшается, а сопротивление увеличивается. Явление протекания высокочастотных токов по поверхности проводника, получило название «скин-эффекта». Это явление находит очень широкое применение в технике, в, частности, при закалке деталей.
Для проведения виртуального эксперимента будем использовать ЭОР «Начала электроники». На рисунке представлен интерфейс монтажного стола, на котором можно собирать электрические цепи. Соберем цепь, схема которой имеет вид:
Используя «ящички» 1 с элементами цепи, на монтажном столе соответствующую этой схеме цепь переменного тока. С помощью кнопки 2 можно задавать параметры любому элементу цепи. В нашем случае это резистор и источник переменного напряжения. Для замыкания и размыкания цепи используется ключ. Кликнув по кнопке 3, вызываем осциллограф. После сборки схемы может произойти непредвиденное: при большом напряжении и малом сопротивление последний перегорит и его надо заменить другим. После сборки цепи монтажный стол будет выглядеть примерно так:
Канал В-В осциллографа включен последовательно в цепь и показывает осциллограмму переменного синусоидального тока. Канал А-А – осциллограмма напряжения на резисторе. Нетрудно видеть, что ток и напряжение колеблются с одинаковой фазой.