12.Последовательное соединение индуктивности и емкости на переменном токе.

В схеме, состоящей из последовательно соединенных активного сопротивления, индуктивности и емкости (рис. 22.1), заданы приложенное напряжение U, частота f и числовые значения параметров R, L и С. Требуется найти ток и напряжения на элементах.

Рис. 22.1

При анализе электрических цепей синусоидального тока типична ситуация, когда метод решения незнакомой задачи неизвестен. Во многих случаях помогает следующий подход. По установленным ранее правилам строится векторная диаграмма, из анализа которой выводятся необходимые расчетные формулы. Так же поступим сейчас и мы.

В последовательной цепи общим для всех элементов является протекающий по ним ток, поэтому именно с него начинаем построение векторной диаграммы. Проводим его изображение горизонтально (рис. 22.2).

Вообще, направление первого вектора при построении диаграмм произвольно. Оно диктуется соображениями удобства. Дальше мы должны показать векторы напряжений на всех элементах и в соответствии со вторым законом Кирхгофа в векторной форме U=UR+UL+UC получить вектор входного напряжения. Сложение векторов можно выполнять по правилу параллелограмма, однако удобнее применять правило многоугольника, когда каждый последующий вектор пристраивается к концу предыдущего.

Рис. 22.2 - Векторная диаграмма последовательной цепи

Нам известно, что напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током, поэтому вектор UR мы направляем по вектору I. К его концу пристраиваем вектор UL и направляем его вверх, так как напряжение на индуктивности опережает ток на 90°. Напряжение UС находится в противофазе с UL, т.е. отстает от тока на тот же угол 90°, поэтому вектор UС, пристроенный к концу вектора UL, направлен вниз. Векторная сумма UR, UL и UС дает вектор приложеного напряжения U.

Величины напряжений на отдельных элементах цепи нам известны:

Из треугольника oab (рис. 22.2) по теореме Пифагора находим:

Вынося из под знака радикала, записываем последнее выражение в виде: U=I*z; где,z - полное сопротивление.

В последней формуле разность индуктивного и емкостного сопротивлений мы обозначили буквой х. Это общее реактивное сопротивление цепи: х = хL – xC. Сами индуктивность и емкость называются реактивными элементами, и их сопротивления хL и xC тоже носят названия реактивных.

Выражение U=Iz называется законом Ома для всей цепи. Оно может быть записано и так: I=U/z=Uy.

где, y– полная проводимость цепи, представляющая величину, обратную полному сопротивлению 1/z

Если необходимо определить угол сдвига фаз между напряжением и током, то это можно сделать из треугольника напряжений oab (рис. 22.2):

Векторная диаграмма на рис. 22.2 построена для случая, когда UL>UC, что имеет место при XL>XC, когда в цепи преобладает индуктивность, и цепь носит активно-индуктивный характер. Общий ток отстает по фазе от входного напряжения.

Возможны также режимы, когда ULC и UL=UC

13.Неразветвленная цепь постоянного тока

Неразветвленная электрическая цепь характеризуется тем, что на всех ее участках протекает один и тот же ток

14.Однородное электрическое поле

Электрическое поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем.

Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными плоскими металлическими пластинами. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу 

15.Последовательное соединение пассивных элементов

Последовательным называют такое соединение, при котором по каждому из соединенных элементов протекает один и тот же ток. При последовательном соединении элементов условный конец первого элемента соединяется с условным началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

16.Поляризованность диэлектриков

Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольногомомента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов вдиэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектораэлектрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногдавектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычныхдиэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами. Онприменим не только для описания индуцированной поляризации, но и спонтанной поляризации (усегнетоэлектриков).

Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, испонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнегополя. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действиеммеханических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.