Коли до конденсатору докладено синусоїдальна напруга, він періодично заряджається і розряджається. З огляду на змінного характеру напруги періодично змінюється і полярність заряду конденсатора. Струм в конденсаторі ic досягає свого амплітудного значення кожен раз, коли напруга uC на ньому проходить через нуль (рис. 1). Таким чином, синусоїда струму iC випереджає синусоїду напруги uc на 90 °.
Реактивний опір конденсатора
Конденсатор в ланцюзі синусоїдального струму надає струмообмежувальним ефект, який викликаний зустрічним дією напруги при зміні знака заряду. Цей струмообмежувальним ефект прийнято виражати як
ємнісний реактивний опір (ємнісний реактанс) ХC.
Величина ємнісного реактанс ХC залежить від величини ємності конденсатора, вимірюваної в Фарадах, і частоти прикладеної напруги змінного струму. У разі синусоїдальної напруги маємо:
де Хс - реактивне опір місткості, Ом;
С - ємність конденсатора, Ф;
= 2πf- кутова частота синусоїдального напруги (струму).
Ланцюзі синусоїдального з котушками індуктивності
Напруга і струм котушки індуктивності
Коли до котушки індуктивності підведено синусоїдальна напруга, струм в ній відстає від синусоїди напруги на 90 °. Відповідно, миттєве значення струму досягає амплітудного значення на чверть періоду пізніше, ніж за одну мить значення напруги (рис. 2). У цьому міркуванні нехтується активним опором котушки.
Лабораторна робота 3
Послідовне з'єднання резистора
Коли до ланцюга (рис. 3.1) з послідовним з'єднанням резистора і котушки індуктивності подається змінна синусоїдальна напруга, один і той же синусоїдальний струм має місце в обох компонентах ланцюга.
Між напруженнями UR. UС і U існують фазові зрушення, зумовлені ємнісним реактивним опором XС. Вони можуть бути представлені за допомогою векторної діаграми напруг (рис. 3. 2).
Фазовий зсув між струмом I і напругою на резисторі Ur відсутня, тоді як зрушення між цим струмом і падінням напруги на конденсаторі Uc дорівнює 90 ° (тобто струм випереджає напругу на 90). При цьому зрушення між повним напругою ланцюга U і струмом I визначається співвідношенням між опорами Хс і R.
Якщо кожну сторону трикутника напруг розділити на струм, то отримаємо трикутник опорів (рис. 3.3). У трикутнику опорів Z являє собою так зване повне опір ланцюга.
Через фазового зсуву між струмом і напругою в ланцюгах, подібних даної, просте арифметичне додавання діючих або амплітудних значень напруг на окремих елементах ланцюга неможливо. Неможливо і складання різнорідних (активних і реактивних) опорів. Однак у векторній формі
Чинне значення повної напруги ланцюга, як випливає з векторної діаграми,
Опір ланцюга:
Активний опір ланцюга:
Емкостное реактивний опір ланцюга:
Кут зсуву фаз
Для ланцюга з послідовним з'єднанням резистора і конденсатора виміряйте і обчисліть діючі значення падінь напруги на резисторі Ur і конденсаторі UC. ток I, кут зсуву фаз # 966 ;, повне опір ланцюга Z і ємнісний реактивний опір ХC і активний опір R.
Порядок виконання роботи
· Зберіть ланцюг відповідно до схеми (рис. 3.4), підключіть регульований джерело синусоїдальної напруги і встановіть його параметри: U = 5 В, f = 1 кГц.
Опір ланцюга
Активний опір ланцюга
Емкостное реактивний опір ланцюга
· Виберіть масштаби і побудуйте векторну діаграму напруг (рис. 5) і трикутник опорів (рис. 6).
- Що називається періодом?
- Що називається частотою?
- Для змінної напруги і струму записати вирази миттєвих напруг і струмів, дати визначення амплітуди і початкової фази.
- Дати визначення діючої напруги (струму), вказати його зв'язок з амплітудою напруги (струму).
- Дати визначення миттєвої і активної потужності.
- Пояснити призначення приладів в вимірювальної ланцюга.
- Які елементи мають активним опором.
- Який вигляд має тимчасова діаграма напруг і струму при послідовному з'єднанні R і C-ланцюгів?
- Зобразіть трикутники напруг, опорів і потужностей для ланцюга з активно-ємнісний навантаженням. Чим вони відрізняються від трикутників для активно-індуктивного навантаження?
Лабораторна робота 4