Меню

В цепь переменного тока стандартной частоты включен конденсатор емкостью 50 мкф

В цепь переменного тока стандартной частоты включен конденсатор емкостью 50 мкф

Вопрос по физике:

Конденсатор емкостью 800 мкФ включен в сеть переменного тока с частотой 50 Гц с помощью проводов, сопротивление которых 3 Ом. Какова сила тока в конденсаторе, если напряжение в сети 120 В? плииз полное решение

Ответы и объяснения 1

Дано:
C = 800 мкФ = 800*10⁻⁶ Ф
υ = 50 Гц
R = 3 Ом
U = 120 В
___________
I — ?

1)
Емкостное сопротивление конденсатора:
Xc = 1/(ω*C) = 1 / (2π*υ*C) ≈ 1 / (6,28*50*800*10⁻⁶) ≈ 4 Ом

2)
Общее сопротивление:
Z = √ (R²+Xc²) = √ (3² + 4²) = 5 Ом

3)
Сила тока через конденсатор:
I = U / Z = 120 / 5 = 24 А

Знаете ответ? Поделитесь им!

Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

  • Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
  • Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
  • Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

  • Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
  • Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
  • Использовать мат — это неуважительно по отношению к пользователям;
  • Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Физика.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.

Источник

Ёмкость в цепи переменного тока

§ 54. ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В главе I § 10 был объяснен процесс заряда и разряда конденсатора, включенного в цепь постоянного тока.

Рассмотрим теперь цепь переменного тока (рис. 55,а), в кото­рую включена электрическая емкость (конденсатор). Активным сопротивлением этой цепи пренебрегаем (r = 0).

Полярность зажимов генератора переменного тока, включенного в цепь с емкостью, меняется с частотой

В первую четверть периода (рис. 55, в) конденсатор заряжаете и на его пластинах появляются противоположные по знаку электрические заряды (на левой пластине плюс, на правой — минус).

При заряде конденсатора по проводам, соединяющим генератор с пластинами, перемещаются электрические заряды, следовательно, протекает зарядный ток, измеряемый миллиамперметром. Через диэлектрик конденсатора ток не проходит. Как видно на волновой диаграмме, в первую четверть периода во время заряда конденса­тора напряжение на пластинах конденсатора возрастает от нуля до максимального значения, сила тока, наоборот, в начале заряда будет максимальной, а в конце заряда, когда напряжение на конден­саторе (Uс) окажется равным напряжению генератора (Ur,), она станет равной нулю.

За вторую четверть периода напряжение генератора постепенно убывает и становится равным нулю. В это время конденсатор раз­ряжается. При этом разрядный ток, протекающий по проводам, имеет направление, противоположное направлению тока заряда.

За третью четверть периода полярность на зажимах генератора изменится и напряжение возрастет от нуля до наибольшего значе­ния. В это время конденсатор вновь зарядится, но полярность на его пластинах изменится. На левой пластине будет отрицательный заряд, на правой — положительный заряд. По проводам пройдет за­рядный ток, сила которого к концу заряда конденсатора, когда Uс = Ur, станет равной нулю.

В четвертую часть периода напряжение генератора убывает и становится равным нулю. Конденсатор в это время вторично разря­жается, и по проводам, соединяющим генератор с пластинами кон­денсатора, вновь протекает разрядный ток.

Из сказанного следует, что за один период изменения перемен­ного напряжения дважды происходит процесс заряда и разряда конденсатора и при этом в его цепи протекает переменный ток. Кроме того, при заряде и разряде конденсатора ток в цепи и напря­жение не совпадают по фазе. Ток опережает по фазе напряжение на четверть периода, т. е. на 90°.

Читайте также:  Где есть ток в фазе или нуле

Построим векторную диаграмму для цепи переменного тока с емкостью (рис. 55, б). Для этого отложим вектор тока I в выбран­ном масштабе по горизонтали. Чтобы на векторной диаграмме по­казать, что напряжение отстает от тока на угол j = 90°, отклады­ваем вектор напряжения Uс вниз под углом 90°.

Выясним, от чего зависит сила тока в цепи с емкостью. Обозна­чим сопротивление цепи Хс и назовем его емкостным сопротивле­нием. Тогда закон Ома для цепи с емкостью можно выразить так:

где U —напряжение генератора, в;

Хc — емкостное сопротивление, ом;

Известно, что сила тока в цепи определяется количеством элек­трических зарядов, проходящих через поперечное сечение провод­ника в единицу времени:

Если в единицу времени по проводам протекает большое количество зарядов, то сила тока будет большой, и наоборот, когда по проводам в каждую секунду протекает малое количество зарядов,
то сила тока оказывается незначительной.

Допустим, что частота переменного тока, вырабатываемого генератором, большая. В этом случае в каждую секунду конденсатор много раз (часто) заряжается и разряжается. В проводах, идущих от генератора к пластинам конденсатора, будет перемещаться в каждую секунду большое количество электрических зарядов. По этому можно сказать, что в рассматриваемой цепи возникает боль­шая сила тока и в данном случае, согласно закону Ома, емкостное сопротивление цепи Хс оказывается малой величиной.

Если же частота переменного тока генератора будет мала, то конденсатор в каждую секунду зарядится и разрядится меньшее количество раз: В связи с этим по проводам цепи в каждую секунду пройдет незначительное количество зарядов и сила тока будет мала, а следовательно, емкостное сопротивление цепи, наоборот, будет большим.

Из сказанного можно сделать вывод, что емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте переменного тока.

Емкостное сопротивление зависит не только от частоты переменного тока, но и от величины емкости, включенной в цепь.

Допустим, что в цепь включен конденсатор большой емкости. Количество электричества, которое накапливает конденсатор при заряде и отдает при разряде, прямо пропорционально его емкости:

Чем больше емкость конденсатора, включенного в цепь перемен­ного тока, тем большее количество электричества переместится при заряде и разряде, по проводам, идущим от генератора к его пластинам. Поэтому в проводах возникает ток большой силы и в данном случае, согласно закону Ома, емкостное сопротивление цепи Хc будет мало. Если же включенная в цепь емкость мала, то при заряде и разряде по проводам пройдет меньшее количество электрических зарядов и сила тока будет незначительной, следовательно, емкостное сопротивление цепи, наоборот, будет большим.

Из сказанного можно сделать вывод, что емкостное сопротивление обратно пропорционально емкости.

Таким образом. емкостное сопротивление:

где Хс — емкостное сопротивление, ом;

ώ — угловая частота переменного тока, рад/сек;

Известно, что угловая частота . Поэтому емкостное сопротивление можно определить так:

где f— частота переменного тока, гц.

Если включенная емкость измеряется в микрофарадах, то ем­костное сопротивление

Если емкость измеряется в пикофарадах, то

Следует подчеркнуть, что имеется существенное различие меж­ду емкостным и активным сопротивлениями. Как известно, актив­ная нагрузка безвозвратно потребляет энергию генератора пере­менного тока.

Если же к источнику переменного тока присоединена емкость, то, как было рассмотрено выше, энергия генератора расходуется при заряде конденсатора на создание электрического поля между пластинами и возвращается обратно генератору при разряде кон­денсатора.

Читайте также:  Сила тока это векторная величина или нет

Следовательно, емкостная нагрузка не потребляет энергию ге­нератора, а в цепи с емкостью происходит «перекачивание» энергии из генератора в конденсатор и обратно. По этой причине емкостное сопротивление, как и индуктивное, называется реактивным.

Пример. Конденсатор емкостью С=2 мкф включен в цепь переменного тока, частота которого 50 гц. Определить:

1) его емкостное сопротивление при частоте f=50 гц;

2) емкостное сопротивление этого конденсатора переменному току, частота которого 500 гц.

Решение. Емкостное сопротивление конденсатора переменному току при частоте f=50 гц

При частоте f=500 гц

Из приведенного примера видно, что емкостное сопротивление конденсатора уменьшается с повышением частоты, а с уменьшением частоты переменного тока емкостное сопротивление возрастает. Для постоянного тока, когда напряжение на зажимах цепи не изме­няется, конденсатор практически обладает бесконечно большим со­противлением и поэтому он постоянного тока не пропускает.

Источник



Колебания и волны

UptoLike

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 106

В цепи переменного тока (см. рисунок к задаче 105) с частотой ν = 50 Гц вольтметр показывает нуль при значении C = 20 мкФ. Определите индуктивность катушки.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 105

В цепи переменного тока с частотой ω = 314 рад/с вольтметр показывает нуль при L = 0,2 Гн. Определите емкость конденсатора.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 104

Генератор, частота которого составляет 32 кГц и амплитудное значение напряжения 120 В, включен в резонирующую цепь, емкость которой C = 1 нФ. Определите амплитудное значение напряжения на конденсаторе, если активное сопротивление цепи R = 5 Ом.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 103

В цепь переменного тока с частотой ν = 50 Гц и действующим значением напряжения U = 300 В последовательно включены конденсатор, резистор сопротивлением R = 50 Ом и катушка индуктивностью L = 0,1 Гн. Падения напряжения U1 : U2 = 1:2.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 102

В цепь переменного тока частотой ν = 50 Гц последовательно включены резистор сопротивлением R = 100 Ом и конденсатор емкостью C = 22 мкФ. Определите, какая доля напряжения, приложенного к этой цепи, приходится на падение напряжения на конденсаторе.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 101

Цепь переменного тока состоит из последовательно соединенных катушки, конденсатора и резистора. Амплитудное значение суммарного напряжения на катушке и конденсаторе ULCm = 173 В, а амплитудное значение напряжения на резисторе URm = 100 В.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 100

Определите в случае переменного тока (ν = 50 Гц) полное сопротивление участка цепи, состоящего из параллельно включенного конденсатора емкостью C = 10 мкФ и резистора сопротивлением R = 50 Ом.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 99

К зажимам генератора присоединен конденсатор емкостью C = 0,15 мкФ. Определите амплитудное значение напряжения на зажимах, если амплитудное значение силы тока равно 3,3 А, а частота тока составляет 5 кГц.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 98

В цепь переменного тока частотой ν = 50 Гц включена катушка длиной l = 30 см и площадью поперечного сечения S = 10 см2, содержащая N = 1000 витков. Определите активное сопротивление катушки, если известно, что сдвиг фаз φ между напряжением и током составляет 30°.

Решебник Трофимова Т.И. (1999) — Задача 4. 97

В цепь переменного тока частотой ν = 50 Гц включена катушка длиной l = 20 см и диаметром d = 5 см, содержащая N = 500 витков медного провода площадью поперечного сечения S = 0,6 мм2. Определите, какая доля полного сопротивления катушки приходится на реактивное сопротивление.

Источник

Механические и электромагнитные колебания

101. Цепь переменного тока состоит из последовательно соединенных катушки, конденсатора и резистора. Амплитудное значение суммарного напряжения на катушке и конденсаторе ULCm = 173 В, а амплитудное значение напряжения на резисторе URm = 100 В. Определите сдвиг фаз между током и внешним напряжением.

Читайте также:  Установившийся или стационарный ток

102. В цепь переменного тока частотой ν = 50 Гц последовательно включены резистор сопротивлением R = 100 Ом и конденсатор емкостью C = 22 мкФ. Определите, какая доля напряжения, приложенного к этой цепи, приходится на падение напряжения на конденсаторе.

103. В цепь переменного тока с частотой ν = 50 Гц и действующим значением напряжения U = 300 В последовательно включены конденсатор, резистор сопротивлением R = 50 Ом и катушка индуктивностью L = 0,1 Гн. Падения напряжения U1 : U2 = 1:2. Определите: 1) емкость конденсатора; 2) действующее значение силы тока.

104. Генератор, частота которого составляет 32 кГц и амплитудное значение напряжения 120 В, включен в резонирующую цепь, емкость которой C = 1 нФ. Определите амплитудное значение напряжения на конденсаторе, если активное сопротивление цепи R = 5 Ом.

105. В цепи переменного тока с частотой ω = 314 рад/с вольтметр показывает нуль при L = 0,2 Гн. Определите емкость конденсатора.

106. В цепи переменного тока (см. рисунок задачи 105) с частотой ν = 50 Гц вольтметр показывает нуль при значении C = 20 мкФ. Определите индуктивность катушки.

107. В приведенной на рисунке цепи переменного тока с частотой ν = 50 Гц сила тока внешней (неразветвленной) цепи равна нулю. Определите емкость С конденсатора, если индуктивность L катушки равна 1 Гн.

108. Активное сопротивление колебательного контура R = 0,4 Ом. Определите среднюю мощность

, потребляемую колебательным контуром, при поддержании в нем незатухающих гармонических колебаний с амплитудным значением силы тока Im = 30 мА.

109. Как и какими индуктивностью L и емкостью С надо подключить катушку и конденсатор к резистору сопротивлением R = 10 кОм, чтобы ток через катушку и конденсатор был в 10 раз больше общего тока? Частота переменного напряжения ν = 50 Гц.

110. Колебательный контур содержит конденсатор емкостью C = 5 нФ и катушку индуктивностью L = 5 мкГн и активным сопротивлением R = 0,1 Ом. Определите среднюю мощность

, потребляемую колебательным контуром, при поддержании в нем незатухающих гармонических колебаний с амплитудным значением напряжения на конденсаторе Umc = 10 В.

111. Колебательный контур содержит катушку индуктивностью L = 6 мкГн и конденсатор емкостью С = 1,2 нФ. Для поддержания в колебательном контуре незатухающих гармонических колебаний с амплитудным значением напряжения на конденсаторе Umc = 2 В необходимо подводить среднюю мощность

= 0,2 мВт. Считая затухание в контуре достаточно малым, определите добротность данного контура.

112. В сеть переменного тока с действующим значением напряжения 120 В последовательно включены проводник с активным сопротивлением 10 Ом и катушка индуктивностью 0,1 Гн. Определите частоту ν тока, если амплитудное значение силы тока в цепи равно 5 А.

113. Диэлектрик, диэлектрическая проницаемость которого равна 2,8, используется в конденсаторе в качестве изолятора. Конденсатор, находясь под напряжением, поглощает некоторую мощность, причем при ν = 50 Гц коэффициент мощности cos φ = 0,1. Определите удельное сопротивление диэлектрика.

114. В цепь переменного тока напряжением Um = 220 В и частотой 50 Гц включена катушка с активным сопротивлением. Сдвиг фаз между напряжением и током составляет π/6. Определите индуктивность катушки, если известно, что она поглощает мощность 445 Вт.

115. Цепь, состоящая из последовательно соединенных безындукционного резистора сопротивлением R = 100 Ом и катушки с активным сопротивлением, включена в сеть с действующим напряжением U = 300 В. Воспользовавшись векторной диаграммой, определите тепловую мощность, выделяемую на катушке, если действующее значение напряжения на сопротивлении и катушке соответственно равно UR = 150 В и UL = 250 В.

Ошибка в тексте? Выдели её мышкой и нажми

Остались рефераты, курсовые, презентации? Поделись с нами — загрузи их здесь!

Источник