Zadania
15.1 Źródła prądu zmiennego
Napisz wyrażenie na napięcie wyjściowe źródła napięcia zmiennego, które wytwarza napięcie o amplitudzie i częstotliwości .
15.2 Proste obwody prądu zmiennego
Ile wynosi pojemność kondensatora, którego kapacytancja dla częstotliwości jest równa ?
Ile wynosi indukcyjność cewki, której induktancja dla częstotliwości ma wartość ?
Dla jakiej częstotliwości kapacytancja kondensatora o pojemności jest równa induktancji cewki o indukcyjności ?
Dla częstotliwości induktancja cewki o indukcyjności jest równa kapacytancji pewnego kondensatora. Ile wynosi pojemność tego kondensatora?
Opornik o oporze podłączony jest do źródła o wzorze . Zapisz wyrażenie na natężenie prądu płynącego przez ten opornik.
Do źródła o wzorze podłączono kondensator o pojemności .
- Ile wynosi kapacytancja tego kondensatora?
- Zapisz wyrażenie na natężenie prądu wypływającego ze źródła.
Do źródła z poprzedniego zadania podłączono cewkę o indukcyjności .
- Ile wynosi induktancja tej cewki?
- Zapisz wyrażenie na natężenie prądu płynącego przez tę cewkę.
15.3 Obwody szeregowe RLC prądu zmiennego
Ile wynosi impedancja szeregowego połączenia opornika o oporze , kondensatora o pojemności i kondensatora o pojemności zasilonego prądem zmiennym o częstotliwości ?
Opornik i kondensator podłączone są szeregowo do generatora napięcia zmiennego. SEM tego źródła dana jest wyrażeniem , gdzie , , i .
- Ile wynosi impedancja tego obwodu?
- Jaka jest amplituda natężenia prądu płynącego przez rezystor?
- Zapisz wyrażenie na natężenie prądu płynącego przez ten rezystor;
- Zapisz wyrażenie na napięcie odłożone na oporniku i napięcie na kondensatorze.
Opornik i cewka podłączone są szeregowo do generatora napięcia zmiennego. SEM tego źródła dana jest wyrażeniem , gdzie , a ; dodatkowo i .
- Ile wynosi impedancja tego obwodu?
- Jaka jest amplituda natężenia prądu płynącego przez rezystor?
- Zapisz wyrażenie na natężenie prądu płynącego przez ten rezystor;
- Zapisz wyrażenie na napięcie odłożone na oporniku i napięcie na cewce.
W szeregowym obwodzie RLC amplituda napięcia prądu wynosi , jego częstotliwość , , i .
- Jaka jest impedancja obwodu?
- Ile jest równa amplituda natężenia prądu wypływającego ze źródła?
- Jeśli SEM źródła dana jest wyrażeniem , to jak natężenie prądu zależy od czasu?
- Oblicz wszystkie poprzednie wielkości dla pojemności kondensatora wynoszącej .
Szeregowy obwód RLC zasilany jest źródłem o amplitudzie napięcia i częstotliwości równej . , i .
- Jaka jest impedancja tego obwodu?
- Ile wynosi amplituda natężenia prądu płynącego w obwodzie?
- Ile równy jest kąt fazowy pomiędzy SEM źródła a natężeniem prądu?
Ile wynosi dla poniższego obwodu
- całkowita impedancja;
- kąt fazowy pomiędzy natężeniem prądu a SEM?
- Zapisz wyrażenie na .
15.4 Moc w obwodzie prądu zmiennego
SEM źródła napięcia zmiennego dana jest wyrażeniem , gdzie , a . Oblicz średnią moc wytwarzaną przez źródło podłączone do
- kondensatora o pojemności ;
- cewki o indukcyjności ;
- opornika o oporze .
Oblicz wartość skuteczną natężenia prądu wypływającego ze źródła prądu zmiennego danego wyrażeniem , gdzie , a , podłączonego do
- kondensatora o pojemności ;
- cewki o indukcyjności ;
- opornika o oporze .
Cewka o indukcji podłączona jest do źródła napięcia zmiennego o częstotliwości wytwarzającego napięcie o amplitudzie . Jeśli podłączymy woltomierz zmiennoprądowy do cewki, jakie napięcie wskaże?
W szeregowym obwodzie RLC amplituda napięcia wynosi , a jego częstotliwość jest równa , kiedy , a . Wylicz średnią moc wydzielaną na oporniku dla następujących pojemności kondensatora:
- ;
- .
Źródło napięcia zmiennego o amplitudzie dostarcza mocy przy natężeniu prądu równym . Ile wynosi wartość kąta fazowego pomiędzy SEM a natężeniem prądu?
W szeregowym obwodzie RLC impedancja wynosi , a współczynnik mocy równy jest , z napięciem opóźnionym względem natężenia prądu.
- Czy aby zwiększyć wartość współczynnika mocy, do obwodu powinno się dołączyć kondensator czy cewkę?
- Jaka wartość pojemności lub indukcyjności podniesie współczynnik mocy do jedności?
15.5 Rezonans w obwodzie prądu zmiennego
Wykonaj obliczenia i odpowiedz na pytanie.
- Oblicz rezonansową częstość kołową szeregowego obwodu RLC, w którym , i ;
- Co stanie się z wartością rezonansowej częstości kołowej, jeśli wartość zostanie zmieniona na ?
Częstotliwość rezonansowa szeregowego obwodu RLC wynosi . Jeśli indukcyjność tego obwodu jest równa , ile wynosi jego pojemność?
Odpowiedz na następujące pytania.
- Ile jest równa częstotliwość rezonansowa szeregowego obwodu RLC dla , i ?
- Ile jest równa impedancja tego obwodu w warunkach rezonansu?
Dla szeregowego obwodu RLC , , a .
- Jeśli do tego obwodu podłączymy źródło napięcia zmiennego, dla jakiej częstotliwości na oporniku zostanie rozproszone maksimum mocy?
- Ile wynosi dobroć tego obwodu?
Źródło zmiennego napięcia o amplitudzie i częstotliwości zasila szeregowy obwód RLC z , i .
- Narysuj wykres natężenia prądu płynącego przez rezystor w funkcji częstotliwości ;
- Przy pomocy wykresu ustal częstotliwość rezonansową tego obwodu.
Odpowiedz na następujące pytania.
- Ile równa jest częstotliwość rezonansowa opornika , kondensatora i cewki połączonych ze sobą szeregowo?
- Jeśli ten obwód podłączony zostanie do źródła napięcia zmiennego o amplitudzie , pracującego ze stałą częstotliwością, ile równa będzie moc produkowana przez źródło?
- Ile wynosi dobroć tego obwodu?
- Ile równa jest szerokość pasma tego obwodu?
Załóżmy, że pewna cewka ma indukcyjność równą i induktancję wynoszącą . Jaką
- pojemność;
- rezystancję
należy przyłączyć szeregowo do tej cewki, aby tak powstały obwód miał częstotliwość rezonansową równą i dobroć ?
Generator napięcia zmiennego podłączono do pewnego odbiornika, którego wewnętrzne połączenia nie są znane. Znane są jedynie wartości natężenia i napięcia prądu, jak pokazano poniżej. Opierając się na podanych informacjach, jakie możesz wyciągnąć wnioski na temat właściwości elektrycznych podłączonego urządzenia i jego zapotrzebowania na moc?
15.6 Transformatory
Transformator podwyższający napięcie zaprojektowano tak, by napięcie wyjściowe na uzwojeniu wtórnym miało wartość skuteczną przy zasilaniu uzwojenia pierwotnego linią o napięciu skutecznym .
- Jeśli uzwojenie pierwotne ma zwojów, ile zwojów liczy uzwojenie wtórne tego transformatora?
- Jeśli przez opornik obciążający uzwojenie wtórne płynie prąd o natężeniu skutecznym równym , jakie natężenie prądu obserwowane jest w uzwojeniu pierwotnym?
Transformator podwyższający napięcie, podłączony do 110-woltowej linii, używany jest jako źródło zasilania wodorowej lampy wyładowczej o napięciu znamionowym . Rurka ma moc znamionową .
- Jaki jest stosunek liczby zwojów na uzwojeniu wtórnym do liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym?
- Jakie są wartości skuteczne natężenia prądu płynącego przez uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne?
- Ile wynosi wypadkowy opór „widziany” przez 110-woltowe źródło?
Źródło napięcia zmiennego produkuje moc przy dostarczaniu prądu o natężeniu skutecznym , kiedy podłączy się je do uzwojenia pierwotnego transformatora. Napięcie skuteczne na uzwojeniu wtórnym tego transformatora wynosi .
- Ile wynoszą napięcie prądu na uzwojeniu pierwotnym i natężenie prądu płynącego przez uzwojenie wtórne?
- Jaki jest stosunek liczby zwojów na uzwojeniu wtórnym do liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym?
Transformator używany jest do obniżenia napięcia ze do , do zasilania radia.
- Jeśli uzwojenie pierwotne ma zwojów, ile zwojów posiada uzwojenie wtórne?
- Jeśli obwody radia pracują przy natężeniu prądu równym , jakie jest natężenie prądu płynącego przez uzwojenie pierwotne?
Transformator podłączony do gniazdka o napięciu używany jest jako źródło napięcia do 12-woltowego modelu pociągu. Pociąg pobiera mocy.
- Jakie jest natężenie skuteczne prądu płynącego przez uzwojenie wtórne?
- Jakie jest natężenie skuteczne prądu w uzwojeniu pierwotnym?
- Ile wynosi stosunek liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym do uzwojenia wtórnego?
- Jaki jest opór obwodów modelu pociągu?
- Ile wynosi opór widziany przez gniazdko?