Айнымалы ток тізбегіндегі конденсатор және катушка. Айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы.

Алматы қаласы білім беру басқармасының

«Алматы мемлекеттік

көлік және коммуникациялар колледжі»

Мемлекеттік коммуналдық қазыналық кәсіпорыны

Государственное коммунальное казенное предприятие

«алматинский государственный колледж транспорта и коммуникаций»

Управление образования города Алматы

БЕКІТЕМІН:

Директордың ОӘ ІЖ орынбасары А.К.Жесекбаева _______________

«___» ________________ 2019ж

топ

мерзім

А-1-1

Сабақ мақсаттары және тапсырмалары:

Оқыту мақсаты:

Білімалушыларға айнымалы ток тізбегіндегі индуктивтілік катушка мен сыйымдылықты табуды түсіндіріп, есептер шығару арқылы білімдерін кеңейту.

Тәрбиелік мақсаты:

Ізгілікке, мейірімділікке, өмірді сүйе, бағалай білуге тәрбиелеу.

Дамытушылық мақсаты:

Білімалушылардың оқу материалын талдай білу дағдысын дамыту, бақылау, салыстыру, оқылған құбылыстар мен фактілерді салыстыра білу, қорытынды жасай білуге баулу.  Жаңа білімді қолдану дағдысын дамыту, ақылға салу дағыдысын қалыптастыру.

Оқу материалын меңгеру деңгейі

Студенттер:

Білуі қажет:

• теориялық білімдерін тексеру.

• практикалық тапсырмаларын тексеру.

• есептерін тексеру.

Жасауы қажет

• білімді жалпылау мен жүйелеу;

• негізгі әдістерді қолдану;

• -шығармашылықпен ойлау;

Құзіретті:

Айнымалы ток тізбегіндегі катушка мен конденсаторды алу.

Түсінуі қажет:

Физика пәнінде конденсатор мен катушканың қолданылуы.

Пәнаралық байланыстар

Пререквизиттері: Математика,электротехника

Постреквезиттері: Математика, электротехника

Оқу-әдістемелік кешен және техникалық құрылғы

Әдебиеттер тізімі

Негізгі:Кронгарт Б.А., Кем В.И., Қойшыбаев Н.Физика /Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/. -Алматы: Мектеп, 2014

Қосымша: Гладкова Р.А., Косоруков А.Л. Задачи и вопросы по физике. –М.: Наука, 2011

Көрнекіліктер, дидакти-калық материалдар

Интегралдаушы тізбексхемаларына, параметрлеріне арналған слайдтар

Техникалық құралдар

Компьютер, проектор

САБАҚ БАРЫСЫ

Бөлінген уақыт

I

Ұйымдастыру кезеңі:

5мин.

Амандасу, түгендеу, білімалушылардың сабаққа дайындықтарын тексеру, оқу журналын тексеру, аудиторияны сабаққа дайындау, керекті аспаптарды толықтыру.

II

Білімдерін жан-жақты тексеру (білімдерін кеңейту және жүйелендіру)

10 мин.

Тақырып бойынша үлестірмелі материалдармен жұмыс.Кеспе қағаздармен жұмыс.

Үй тапсырмасын бекіту.

III

Жаңа тақырып түсіндіру

45

мин

Айнымалы ток тізбегіндегі активті кедергі. Резистор мен жалғағыш сымдардан тұратын қарапайым тізбектің (2.3.- сурет) қысқыштарындағы кернеу

U= U_m(2.3)заңымен өзгерсін.

Бізге бұрыннан таныс R кедергіні айнымалы ток тізбегінде активті кедергі деп атайды. Себебі айнымалы ток тізбегінде бұдан басқа индуктивтік пен сыйымдылық кедергілері бар. Бірақ жылу энергиясы тек амктивті кедергіде бөлінеді, яғни тек активті кедергісі бар жүктеме ғана генератордан алынатын энергияны жұтады.

Ток күші мен кернеудің лездік мәндері (берілген уақыт мезетіндегі мәндері) үшін Ом заңы орындалады.

І= _ = _ =I_m

Мұндағы І= _mток күшінің амплитудалық мәні.

Сонымен, активті кедергісі ғана бар тізбек үшін

І=I_{m }

Бұл тізбектегі ток күшінің тербеліс теңдеуі. U_m=I_mR

Кернеудің тербеліс теңдеуі (2.3.) пен соңғы (2.4.) теңдеуін салыстыра отырып, активті кедергідегі кернеу мен ток күшінің тербеліс фазалары бірдей деген қорытындыға келуге болады. Ток күші мен кернеу тербелістерінің графиктері 2.4.- суретте көрсетілген.

Ток пен кернеу тербелістерінің фазалық арақатынасын көрнекті түрде векторлық даграммалар тәсілі арқылы ( §1.4.)көрсетуге болады

Диаграммада айнымалы ток күшінің амплитудасы мен айнымалы кернеудің амплитудасы параллель векторлар түрінде кескінделеді, олардың арасындағы бұрыш, яғни тербеліс фазаларының айырымы нөлге тең.

Біздің үйімізге жарық беретін электр желісіндегі, заводтар мен фабрикалардағы айнымалы токтың жиілігі 50 Гц. Бұл ток күші шамасы мен бағытының секунд сайын 50 рет өзгеретінін көрсетеді. Мысалы, қыл сымды электр шамы әр секунд 100 рет жыпылықтайды, бірақ мұны біздің көзіміз ажырата алмайды. Бізге шам үздіксіз бірқалыпты жарқырап тұрған сияқты болып көрінеді. Адамның көзі ұзақ уақыт ішінде шам тудыратын орташа жарықталынуды қабылдайды. Сондықтан айнымалы токтың орташа қуатын білу маңызды.

Активті кедергісі бар тізбектегі қуат. Тек активті кедергісі ғана бар тізбектегі айнымалы токтың бір период ішіндегі орташа қуатын табайық. Айнымалы токтың лездік қуаты р=j² Rформуласымен анықталады. Осы өрнекке (2.4.) формуласын қойсақ:р=_R_

_тригонометриялық қатынасты пайдалана отырып, р =_R + _ өрнегін аламыз. Косинустың ең үлкен мәні 1, ең кіші мәні -1 саны, олай болсабір период ішіндегі екінші қосылғыштың орташа мәні тек бірінші қосылғышқа тең: Р =_ (2.5)

Берілген жүктемеде айнымалы токтың қуатына тең қуат бөлінетіндей тұрақты ток күшін І (әсерлік) деп белгілейік. Сонда р = І²R. Соңғы өрнекті (2.5) өрнегімен теңестірсек, _= І²R немесеІ =Im_

(2.6)аламыз. Айнымалы ток күшінің әсерлік мәні І деп бірдейуақыт ішінде активті кедергіде айнымалы ток жүргенде бөлініп шығатын жылуға тең жылу мөлшерін бөліп шығаратын тұрақты ток күшіне тең жылу мөлшерін бөліп шығаратын тұрақты ток күшіне тең шаманы айтамыз. Айнымалы кернеудің әсерлік мәні (2.6)- ға ұқсас:

U =Um (2.7) _

Ом заңын кернеу мен токтың әсерлік мәндері үшін былай жазамыз:І =_ Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі. Конденсатор қосылған тізбектен тұрақты ток жүрмейді, себебі бұл жағдайда тізбек тұйық емес, конденсатордың астарларының арасы диэлектрикпен бөлінген. Ал, бірақ конденсаторды айнымалы кернеу көзіне қосса, ол үнемі қайта зарядталып отырады да тізбек арқылы ток жүреді.

Айнымалы u=_кернеу көзіне қосылған сыйымдылығы С конденсатордан тұратын өте қарапайым тізбекті қарастырайық. Жалғастырғыш сымдардан кедергісі R= 0 болсын. Онда конденсаторға тұсетін кернеу u=_ = _, мұндағы g- конденсатордың астарларындағы заряд. Бұдан g=_ С _Тізбектегі ток күшін табу үшін зарядтан уақыт бойынша бірінші туынды алайық: і=g^,= -_ С_= _), мұндағы

_=_ (2.8)

өрнегі ток күші тербелістерінің амплитудасын береді. Олай болса, ток күші тербелістерінің теңдеуі мынадай болады:

і=_).

Бұл теңдеуді конденсаторға түсірілген кернеудің u=_ өрнегімен салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: тізбектегі ток күшінің тербелістерінен фаза бойынша _ - ге озады. (2.8) теңдігі ток күшінің амплитудасын анықтайды.

Өз бетінше шығаруға арналған есептер

1. Жиілігі v=50Гц айнымалы ток тізбегіндегі конденсатордың сыйымдылық кедергісі Х_с= 5Ом. Оның сыйымдылығы қандай? (6,4. 10^-4 Ф)

2. Сыйымдылығы С=40 мкФ конденсатордың айнымалы ток тізбегіндегі кедергісі Х_с= 8 Ом. Айнымалы токтың жиілігі мен периодын анықтаңдар. (497 кГц; 0,002с)

3. Айнымалы ток тізбегінің сыйымдылықтары бірдей (С=1 мкФ)екі конденсатордың тізбектеп қосылған бөлігіндегі сыйымдылық кедергіні табыңдар. Жиілік v=50Гц. (6,4 кОм)

Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергі. Айнымалы ток тізбегінде индуктивтік қосымша кедергі тудырады, мұны өздік индукция құбылысымен түсіндіруге болады. Мынадай тәжірибені қарастырайық. Тұрақты ток көзіне қосылған екі электр шамының екіншісіне тізбектей индуктивтігі үлкен катушка жалғанған (2.11- сурет). Кілтті тұйықтаған кезде бірінші шам жарқ етіп бірден, ал екіншісі кешігіп жанады. Бұл тәжірибенің нәтижесін былай түсіндіруге болады. Кілтті тұйықтағанда тізбектегі ток нөлден і_max мәніне дейін өседі. Бірінші шамдағы ток күші тез өседі, ал екінші шамнан өтетін ток күшінің тез өсуіне пайда болған өздік индукция тогы кедергі жасайды. Сондықтан шамнан өтетін ток күші баяу, біртіндеп өсіп, бірінші шамдағы ток күшінің мәніне жетеді.

Енді тәжірибені өзгертіп, 2.12- суреттегі тізбекті құрайық. Кілт 1- қалыпта қосылса, тізбектен тұрақты ток, ал ол 2- қалыпта болса- айнымалы ток жүреді. Тәжірибеден бірінші жағдайда шамның жарықтылығы екінші жағдайдағы жарықтылығына қарағанда артық екенін көруге болады. Оның себебі мынада: екі жағдайда да, тізбек тұйықталған соң, тізбектегі ток өздік индукция тогының әсерінен біртіндеп баяу өседі. Бірақ кілт 2- қалыпта тұйықталғанда тізбектегі ток күшінің шамасы да, бағыты да периодты түрде өзгереді. Сондықтан периодтың төрттен біріне тең уақытта ток күші өзінің тұрақты мәніне жетіп үлгермей, кеми бастайды және ол әрбір жарты период сайын пайдаланып отырады. Сонымен, ток күші азайып, индуктивтік тізбекте қосымша кедергі туады. Мұндай кедергі тұрақты ток тізбегінде жоқ.

Енді тек индуктивті кедергісі ғана бар (2.10- сурет) айнымалы ток тізбегіндегі ток күшінің қалай өзгеретінін анықтайық. Катушкада мәні:

е_is = - L_ = - Li’ (2.10)

пен болатын өздік индукцияның ЭҚК-і пайда болады. Мұндағы і^,- күшінің уақыт бойынша алныған бірінші туындысы.

Ом заңы бойынша: іR=e_is + u, (2.11)

мұндағы R- катушканың активті кедергісі, u- катушканың ұштарындағы кернеудің лездік мәні. Идеал катушкада R=0, сондықтан (2.10) теңдеу

0=e_is + u немесе u=- e_is

Түріне ие болады. Ток күшінің і=_sin _ (2.12)

заңы бойынша өзгерісі кезінде өздік индукцияның ЭҚК-і:

u=e_is ,болғандықтан кернеу

u= _L I_{m }sin(_ + _)=_sin(_ + _) (2.13)

теңдеуімен анықталады, мұндағы _- кернеу амплитудасы. (2.12) және (2.13) теңдеулерін салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз:катушкадағы ток күшінің тербелісі кернеу тербелісінен фаза бойынша _ - ге артта қалады.

Катушкадағы ток күшінің амплитудасы

_=_L

формуласымен анықталады. Бұл индуктивтік идеал катушкасы бар айнымалы ток тізбегі үшін Ом заңы. _L өрнегі катушканың индуктивті кедергісі деп аталады да Х_Lәрпімен белгіленеді:Х_L=_L

Егер ток күші мен кернеу амплитудасының орнына олардың әсерлік мәнін қолдансақ, _=_ аламыз. Индуктивтік кедергі айнымалы токтың циклдік жиілігі мен индуктивтігіне тура пропорционал. Индуктивтік артқан сайын кедергі де артады. Жиілік азайса, кедергіде кемиді. Тұрақты ток үшін жиілік _=0, онда индуктивтік кедергі де нөлге тең.

Өз бетінше шығаруға арналған есептер

1. Айнымалы ток жиілігі v=1кГц болса, индуктивтігі L=5 Гн катушканың индуктивтік кедергісі қандай? (31,4 кОм).

2. Индуктивтігі L=2 Гн катушканың индуктивтік кедергісі Х_L= 628 Ом болса, айнымалы токтың жиілігі мен периоды неге тең? (50Гц;0,02с)

3. Катушканың ұштарындағы айнымалы кернеудің амплитудасы _= 157В, ток күшінің амплитудасы _= 5А, токтың жиілігі v= 50Гц болса, оның индуктивтігі қандай? Катушканың активті кедергісі нөлге тең. (0,1Гн)

4. Катушканы жиілігі v₁= 50Гц айнымалы ток тізбегіне қосқанда ток күші _=2A – ге тең болады. Айнымалы ток жиілігін екі есе арттырса ток күші қалай өзгереді? (1А)

IV

Студенттердің өзіндік жұмыстары (білімдері мен біліктіліктерін қалыптастыру)

8 мин

Конспектімен жұмыс, схема элементтерінің атауын жазу

V

Өткен тақырыпты бекіту

15мин

1. 1. Сыйымдылық кедергі мен индуктивтілік кедергі қандай шамалар? Олардың формуласын қорытып шығарыңдар.

Тақырып бойынша үлестірмелі материалдармен жұмыс.

VI

Үй тапсырмасының мазмұны

3мин

Б.Кронгарт Физ.11 сынып,§2,3-2,4

VII

Сабақтың қорытындысы.Рефлексия

4мин

Темір жол транспортын автоматты басқару жүйесінде мультивибраторлардыңқолдану қажеттілігі. Тақырып жайлы студенттердің пікірі.