Урок 17 «Переменный ток. Синусоидальный переменный ток. Амплитудное и действительное значение силы тока и напряжения»

Физика 11 класс. Урок №17.

Тема: Переменный ток. Синусоидальный переменный ток. Мощность переменного тока. Амплитудное и действительное значение силы тока и напряжения.

Цель: рассмотреть зависимость силы тока и напряжения в цепи переменного тока; выяснить, от чего зависит мощность тока, вывести формулу для расчета мощности тока; ввести понятие амплитудного и действительного значений силы тока и напряжения. Учить решать задачи на расчет мощности переменного тока.

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

В свое время между Эдисоном и Тесла возникло противостояние, которое вошло в историю под названием «Война токов». Эдисон считал, что в энергетике лучше использовать постоянный ток. Эдисон был бизнесменом, в отличие от Теслы, и у него было больше возможностей. В долгосрочной перспективе победил переменный ток. Он стал основой современной глобальной энергосистемы. Официально «война токов» завершилась в 2007 году, когда Нью-Йорк окончательно перешёл с постоянного тока на переменный. 

Таким образом, несмотря на агрессивные методы Эдисона, технический прогресс и экономические выгоды переменчивого тока в итоге определили его триумф.

1. Изучение нового материала

Допустим, у нас имеется генератор переменного напряжения, который подключен к нагрузке. На клеммах напряжение меняется по гармоническому закону U(t).

В нашем распоряжении напряжение, которое меняется по гармоническому закону:U(t)=U_mcost

I(t)=I_mcos(t + φ) ток, частота одинаковая, но существует сдвиг фаз.

Мощность в любой момент времени P(t)=I(t)U(t). Эта формула справедлива как для постоянных, так и для переменных значений. Другие формулы использовать нельзя, т.к. мы не знаем, что там в нагрузке.

Обратимся к тригонометрии:

Обратим внимание, что первое слагаемое зависит от времени, второе – нет.

Построим графики зависимостей U(t),I(t) в одной системе координат. И график зависимости P(t).

Графиком мощности является синусоида с удвоенной частотой. Мощность имеет знак «+» нагрузка потребляет электроэнергию генератора, когда мощность отрицательна – нагрузка отдает энергию, как бы раскручивает генератор.

Найдем среднее значение мощности за период:

Работа – площадь под графиком мощности.

Работа = (площадь под графиком ) + (площадь под графиком )

Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока. I=

Действующее значение напряжения определяется аналогично.

Сдвиг фаз φ между током и напряжением в электрической цепи. Cosφ – коэффициент мощности.

Рассмотрим некоторые частные случаи:

А) активная фаза равна 0, то мощность P=UI

Б) конденсатор, фаза = π/2, P=0

В) катушка, фаза = - π/2, P=0

Если в нагрузку мощность не передается, то она вся идет на нагрев проводов. Если мы хотим, чтобы энергия эффективно использовалась, то нужна активная нагрузка.

1. Закрепление изученного материала

Решение задания ЕГЭ №28.

В сеть переменного напряжения 12 В, 50 Гц последовательно включили резистор сопротивлением 4 Ом и катушку с индуктивностью 10 мГн. Найдите силу тока в цепи и мощность тока.

1. Итог урока

2. Домашнее задание

П. 21, задание ЕГЭ стр.90, задача:

Решение

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/649046-urok-17-peremennyj-tok-sinusoidalnyj-peremenn