X X , grupa 3

Wydział Nauk Technicznych

Ćwiczenie 6:Wpływ oporu, indukcji własnej i pojemności na natężenie prądu przemiennego

Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch ładunków, które są przenoszone za pośrednictwem nośników ładunku. W metalach nośnikami są elektrony, w cieczach i gazach mogą to być jony obu znaków dodatnie (kationy), ujemne (aniony) a także elektrony. W półprzewodnikach nośnikami ujemnymi są elektrony a dodatnimi dziury. Za umowny kierunek prądu przyjmuje się kierunek ruchu nośników dodatnich.

Natężeniem prądu nazywamy stosunek ładunku Q przepływającego przez dany przekrój poprzeczny S przewodnika do czasu przepływu t tego ładunku

Gęstością prądu jest to natężenie prądu przypadające na jednostkę powierzchni jednostką jest A/m² przedstawia ją wzór

Prawo Ohma stosunek napięcia między dwoma punktami przewodnika do natężenia przepływającego prądu jest wielkością stałą i nie zależy ani od napięcia ani od natężenia prądu. Wyrażone jest wzorem

I prawo Kirchhoffa w dowolnym węźle obwodu suma algebraiczna natężeń prądów wpływających i wypływających z węzła równa się zeru.

Σ I_i=0

II prawo Kirchhoffa w dowolnym oczku obwodu suma algebraiczna wszystkich sił elektromotorycznych i spadków napięć jest równa zeru.

Σ E _i + Σ I_iR_i=0

Opór elektryczny (rezystancja) obwodu składa się z oporności odbiornika R i oporności wewnętrznej źródła prądu R_w. Natężenie prądu, jakie popłynie w takim obwodzie jest wprost proporcjonalne do siły elektromotorycznej E źródła i odwrotnie proporcjonalne do całkowitego oporu obwodu, tzn.

W obwodzie prądu zmiennego występuje samoindukcja L za pośrednictwem której przy zmianie natężenia prądu w układzie wytwarza się siła elektromotoryczna indukcji

E_l = -L

Siła ta ma bezpośredni wpływ na zmianę natężenia prądu ponieważ część energii z natężenia jest przeznaczona na indukowanie siły elektromotorycznej i nie porusza nośników ładunku.

W przypadku podłączenia do obwodu kondensatora także zmieni się natężenie prądu w nim płynącego ponieważ zacznie on gromadzić między swoimi okładkami ładunki energii (naładowanie i rozładowanie) także osłabiając natężenie. Więc natężenie całkowite płynące przez kondensator wyniesie

gdzie:

S - powierzchnia okładki kondensatora

D - wektor indukcji elektrycznej

.

Impedancja obwodu szeregowego typu RLC wynosi

Kąt fazowy φ może być dodatni (φ>0) gdy:

1. R_L >R_C wtedy φ>0, co oznacza, że prąd w układzie opóźnia się względem napięcia, a cały obwód ma właściwości indukcyjne. Oznacza to, że energia źródła gromadzi się w postaci energii pola magnetycznego w cewce.

2. R_L<R_C, wtedy φ<0, co znaczy, że natężenie prądu wyprzedza napięcie, a obwód jako całość ma właściwości pojemnościowe. Wynika z tego, że energia źródła magazynuje się wtedy w postaci energii pola elektrycznego na kondensatorze.

3. W wypadku, gdy R_L=R_C, to występuje zjawisko zwane rezonansem napięć, tzn. , że U_L=U_C i dla tego przypadku φ= 0.

---