ни меньше, чем на Г/4 (сдвиг фаз меньше я/2, рис. 308). Для этого случая, как показывает расчет, сдвиг фаз j может быть вычислен по формуле
Рис. 308. Сдвиг фаз между током и напряжением в цепи, содержащей активное и емкостное сопротивления
Если активным сопротивлением цепи R нельзя пренебречь по сравнению с емкостнымP ХC=1/wC, то ток опережает напряжение по време-
i=0 и вся энергия цепи есть электрическая энергия заряженного конденсатора (точка а на рис. 307, а). При уменьшении напряжения u конденсатор начинает разряжаться и в цепи появляется ток; он направлен от обкладки 1 к обкладке 2, т. е. навстречу напряжению u. Поэтому на рис. 307, а он изображен как отрицательный (точки лежат ниже оси времени). К моменту времени t=T/4 конденсатор полностью разряжен (uC=0 и u=0), а ток достигает максимального значения (точка b); электрическая энергия равна нулю, и вся энергия сводится к энергии магнитного поля, создаваемого током. Далее, напряжение u меняет знак, и ток начинает ослабевать, сохраняя прежнее направление. Когда u (и uC) достигнет максимума, вся энергия вновь станет электрической, и ток i=0 (точка с). В дальнейшем u (и uC) начинает убывать, конденсатор разряжается, ток нарастает, имея теперь направление от обкладки 2 к обкладке 1, т. е. положительное; ток доходит до максимума в момент, когда u=0 (точка d) и т. д. Из рис. 307, а видно, что ток раньше, чем напряжение, достигает максимума и проходит через нуль, т. е. ток опережает напряжение по фазе.
Рис. 307. a) Сдвиг фаз между напряжением и током в цепи с емкостным сопротивлениемP вP отсутствиеP активного сопротивления.P б)P Процесс перезарядкиPP конденсатора в цепи переменного тока
на рис. 306. Расчет показывает, что в этом случае отставание по фазе j может быть вычислено по формуле
тивноеPP иPP индуктивноеPP сопротивления
Рис. 306. Сдвиг фаз между током и напряжением в цепи, содержащей а
Если активным сопротивлением цепи R можно пренебречь по сравнению с ее индуктивным сопротивлением XL=wL,P то отставание тока от напряжения по времени
Если цепь имеет заметную индуктивность L, то при прохождении по ней переменного тока в цепи возникает э. д. с. самоиндукции. Эта э. д. с. по правилу Ленца направлена так, что она стремится препятствовать тем изменениям магнитного поля (а следовательно, и изменениям тока, создающего это поле), которые вызывают э. д. с. индукции. При нарастании тока э. д. с. самоиндукции препятствует этому нарастанию, и потому ток позже достигает максимума, чем в отсутствие самоиндукции. При убывании тока э. д. с. самоиндукции стремится поддерживать ток и нулевыеP значения тока будут достигнуты в более поздний момент, чем вPP отсутствие самоиндукции. Таким образом, при наличии индуктивности ток отстает по фазе оттока в отсутствие индуктивности, а следовательно, отстает по фазе от своего напряжения.
Если в цепь не входят конденсаторы и катушки, т. е. емкостным и индуктивным сопротивлениями цепи можно пренебречь по сравнению с активным, то ток следует за напряжением, проходя одновременно с ним через максимумы и нулевые значения, как это показано на рис. 305, в.
В чем заключается физическая причина наблюдаемого сдвига фаз между током и напряжением?
В общем случае, когда участок цепи содержит не только активное, но и реактивное (емкостное, индуктивное или и то и другое) сопротивление, напряжение между концами этого участка сдвинуто по фазе относительно тока, причем сдвиг фаз лежит в пределах от +p/2 до p/2 и определяется соотношением между активным и реактивным сопротивлениями данного участка цепи.
дает форму напряжения между обкладками конденсатора (точками а и b), потому что в этой петле осциллографа ток в каждый момент времени пропорционален напряжению. Опыт показывает, что в этом случае кривые тока и напряжения смещены по фазе, причем ток опережает по фазе напряжение на четверть периода (на p/2). Если бы мы заменили конденсатор катушкой с большой индуктивностью (рис. 305, б), то оказалось бы, что ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода (на p/2). Наконец, таким же образом можно было бы показать, что в случае активного сопротивления напряжение и ток совпадают по фазе (рис. 305, в).
Рис. 305. Опыт по обнаружению сдвига фаз между током и напряжением:PPP слева схемаPP опыта,PPP справа результаты
Проделаем следующий опыт. Возьмем описанный в W 153 осциллограф с двумя петлями и включим его в цепь так рис. 305, а), чтобы петля 1 была включена в цепь последовательно с конденсатором, а петля 2 параллельно этому конденсатору. Очевидно, что кривая, получаемая от петли 1, изображает форму тока, проходящего через конденсатор, а от петли 2
Написал: Дата: 24-Мар-2010
понимать природу
Физика - это наука
W 162. Сдвиг фаз между током и напряжением.
Комментариев нет:
Отправить комментарий