1. Ruch stały prostoliniowy.
2. Ruch zmienny.
3. Ruch po okręgu.
4. Zasady dynamiki Newtona.
5. Zasada względności
Galileusza.
6. Siła bezwładności.
7. Rzut poziomy.
8. Pęd, moment pędu, zasada zachowania pędu i zasada
zachowania momentu pędu.
9. Energia i zasada zachowania energii.
10. Praca i moc.
11. Siła tarcia.
12. Moment bezwładności i twierdzenie
Steinera.
13. Zderzenia centralne.
14. Gęstość i ciężar właściwy.
15. Pole grawitacyjne.
16. Prędkości kosmiczne.
17. Elektrostatyka.
18. Atom wodoru według Bohra.
19. Kondensator.
20. Polaryzacja elektryczna.
21. Prąd elektryczny stały.
22. Pole magnetyczne.
23. Prąd zmienny.
24. Drgania.
25. Fale.
26. Optyka geometryczna.
27. Dualizm
korpuskularnofalowy.
28. Fizyka atomowa.
|
23. Prąd zmienny.
23.1 Indukcja
elektromagnetyczna i prawo Faradaya dla przewodnika.
23.1.1 Indukcja elektromagnetyczna.
Jest to przyczyna pojawienia się prądu w obwodzie bez źródła
prądu, gdy nastąpi zmiana strumienia pola elektromagnetycznego.
23.1.2 Prawo Faradaya dla przewodnika.
Prawo Faradaya :
  ;
Siła elektromotoryczna indukcji jest równa zmianie strumienia
pola magnetycznego w czasie wziętej ze znakiem minus lub pierwszej
pochodnej strumienia pola magnetycznego po czasie wziętej ze znakiem
minus.
Prawo Faradaya jest zasadą zachowania energii.
Oznaczenia:
e - siła elektromotoryczna indukcji;
f - strumień pola magnetycznego;
T - czas
23.2 Reguła Lenza.
Prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytworzony przez ten prąd strumień
pola magnetycznego sprzeciwia się zmianom strumienia, dzięki
któremu powstał.
23.3 Zjawisko samoindukcji.
Podczas otwierania i zamykania obwodu z prądem mamy do czynienia ze
zmianą strumienia pola magnetycznego i - zgodnie z prawem indukcji
Faradaya (zob.pkt.23.1) - w obwodzie pojawi się siła elektromotoryczna
samoindukcji. W obwodzie popłynie krótkotrwały prąd indukcyjny :
 ,  
1 henr to indukcyjność takiego obwodu, w którym przy zmianie
natężenia prądu o 1 A w czasie 1 s powstanie e
o wartości 1 V.
Oznaczenia:
eSI - siła
elektromotoryczna samoindukcji;
I - natężenie prądu elektrycznego przy zwarciu;
T - czas;
L - współczynnik samoindukcji (cecha charakterystyczna
zwojnicy);
m0 - przenikalność
magnetyczna próżni;
n - ilość zwojów;
s - pole
powierzchni;
l - długość zwojnicy
23.4 Prądy Foucoulta.
Są to prądy wirowe powstające w jednolitych płytach metalu, gdy
je wstawimy do zmiennego pola magnetycznego. Elektrony do ruchu po
okręgu zmusza siła elektromotoryczna. Zjawisko to ma zastosowanie w
piecach indukcyjnych i licznikach energii elektrycznej.
23.5 Prąd zmienny, przemienny i
generator prądu zmiennego.
23.5.1 Prąd zmienny.
Prąd zmienny - zmienia się jego kierunek i natężenie.
23.5.2 Prąd przemienny.
Prąd przemienny - pola zakreślone nad i pod osią w ciągu 1 okresu są
sobie równe.
23.5.3 Generator prądu zmiennego.
Najprostszym generatorem prądu zmiennego jest ramka obracająca się w
stałym polu magnetycznym. Obrót powoduje zmianę strumienia pola
magnetycznego.
Siła elektromotoryczna ramki z prądem:
 , 
Natężenie prądu :
 , 
Oznaczenia:
e - siła elektromotoryczna ramki z prądem;
e0 - maxymalna
wartość siły elektromotorycznej;
I - natężenie prądu elektrycznego;
T - czas;
S - pole powierzchni ramki;
I0 - maxymalne natężenie prądu elektrycznego;
R - opór;
w - prędkość kątowa ramki z prądem;
B - natężenie pola
magnetycznego (indukcja)
23.6 Wartości skuteczne prądu
elektrycznego zmiennego.
Natężenie skuteczne:
Napięcie skuteczne:
Oznaczenia:
U- napięcie skuteczne;
U0 - maxymalna wartość napięcia;
I - natężenie
skuteczne prądu elektrycznego;
I0 - maxymalne natężenie prądu
elektrycznego;
23.7 Praca i moc prądu
elektrycznego zmiennego.
Moc :
Praca :
Oznaczenia:
U- napięcie skuteczne;
U0 - maxymalna wartość napięcia;
I - natężenie
skuteczne prądu elektrycznego;
I0 - maxymalne natężenie prądu
elektrycznego;
T - czas;
j - kąt przesunięcia fazowego
23.8 Obwody prądu zmiennego.
23.8.1 Obwód RL
Obwód składa się ze źródła prądu, żarówki i
zwojnicy. Sumaryczny opór żarówki i zwojnicy wynosi R.
Opór pozorny (nie wydziela się na nim ciepło) indukcyjny
zwojnicy wynosi XL. Po włożeniu do zwojnicy
rdzenia zwiększamy
opór indukcyjny, czyli zmniejszamy natężenie prądu.
Opór indukcyjny zwojnicy :
Zawada - wypadkowy opór obwodu :
Natężenie prądu :
Napięcie:
Natężenie w stosunku do napięcia jest opóźnione
Kąt przesunięcia fazowego :
II prawo Kirchoffa :
Oznaczenia:
e0 - siła
elektromotoryczna ogniwa;
XL - opór indukcyjny
zwojnicy;
w - prędkość kątowa ramki z prądem
(zob.pkt.23.5.3);
T -
czas;
Z - zawada;
j - kąt przesunięcia fazowego;
R - Sumaryczny
opór żarówki i zwojnicy
U- napięcie skuteczne;
U0 -
maxymalna wartość napięcia;
I - natężenie skuteczne prądu
elektrycznego;
I0 - maxymalne natężenie prądu elektrycznego;
L -
współczynnik samoindukcji (cecha charakterystyczna zwojnicy)
(zob.pkt.23.3);
23.8.2 Obwód RC.
Obwód składa się ze źródła prądu, żarówki i
kondensatora. Opór żarówki wynosi R. Opór pozorny
(nie wydziela się na nim ciepło) pojemnościowy kondensatora wynosi XC.
Opór pozorny pojemnościowy :
Zawada - wypadkowy opór obwodu :
Zawada jest mniejsza od oporu (co najwyżej równa).
Natężenie prądu :
Napięcie:
Natężenie wyprzedza napięcie o kąt przesunięcia fazowego.
Kąt przesunięcia fazowego :
II prawo Kirchoffa :
Oznaczenia:
e0 - siła
elektromotoryczna ogniwa;
Q - ładunek;
C - pojemność
kondensatora;
XC - opór pozorny pojemnościowy;
w - prędkość
kątowa ramki z prądem (zob.pkt.23.5.3);
T - czas;
Z - zawada;
j - kąt
przesunięcia fazowego;
R - Sumaryczny opór żarówki i
zwojnicy
U- napięcie skuteczne;
U0 - maxymalna wartość napięcia;
I -
natężenie skuteczne prądu elektrycznego;
I0 - maxymalne natężenie prądu
elektrycznego;
23.8.3 Obwód RLC.
Obwód taki buduje się, aby zniwelować działanie oporu pozornego.
Zakładamy, że XL>XC
. Obwód składa się ze źródła
prądu, żarówki, zwojnicy i kondensatora. Sumaryczny opór
żarówki i zwojnicy wynosi R. Opór pozorny (nie wydziela
się na nim ciepło) pojemnościowy kondensatora wynosi XC.
Opór pozorny pojemnościowy :
.
Opór indukcyjny zwojnicy :
Zawada - wypadkowy opór obwodu :
Zawada jest mniejsza od oporu (co najwyżej równa).
Natężenie prądu :
Napięcie:
Natężenie w stosunku do napięcia jest opóźnione o kąt
przesunięcia fazowego.
Kąt przesunięcia fazowego :
II prawo Kirchoffa:
Oznaczenia:
e0 - siła
elektromotoryczna ogniwa;
Q - ładunek;
C - pojemność
kondensatora;
XC - opór pozorny pojemnościowy;
w - prędkość
kątowa ramki z prądem (zob.pkt.23.5.3);
T - czas;
Z - zawada;
j - kąt
przesunięcia fazowego;
R - Sumaryczny opór żarówki i
zwojnicy
U- napięcie skuteczne;
U0 - maxymalna wartość napięcia;
I -
natężenie skuteczne prądu elektrycznego;
I0 - maxymalne natężenie prądu
elektrycznego;
L - współczynnik samoindukcji (cecha charakterystyczna zwojnicy)
(zob.pkt.23.3);
23.9 Wzór Kelwina lub
Tompsona.
Wzór na częstotliwość prądu w obwodzie RLC, przy której
zawada przyjmuje najmniejszą wartość (zob.pkt.23.10) :
Oznaczenia:
C - pojemność kondensatora;
L - współczynnik samoindukcji (cecha
charakterystyczna zwojnicy) (zob.pkt.23.3);
f - częstotliwość.
23.10 Prąd bezwatowy.
Jest to prąd, którego kąt przesunięcia fazowego wynosi 90o.
Średnia moc nie jest pochłaniana przez obwód mimo iż płynie prąd.
23.11 Transformator.
Jest to urządzenie zamieniające napięcie z wysokiego na niskie. Składa
się z rdzenia, na który są nawinięte uzwojenia : pierwotne (ze
źródłem prądu) i wtórne (z odbiornikiem). Działa na
zasadzie indukcji wzajemnej - jedno uzwojenie wspomaga drugie. Prąd w
uzwojeniu wtórnym jest przesunięty o 1800.
Przekładnia transformatora:
 ; 
Sprawność transformatora :
Oznaczenia:
UP(W)- napięcie skuteczne w uzwojeniu
pierwotnym (wtórnym);
IP(W) - natężenie skuteczne prądu
elektrycznego w uzwojeniu pierwotnym
(wtórnym);
k - przekładnia transformatora;
nP(W) - ilość zwoi w
uzwojeniu pierwotnym (wtórnym);
h - sprawność transformatora;
PP(W) - moc w uzwojeniu pierwotnym
(wtórnym);
23.12 Induktor.
Służy do zamiany niskiego napięcia prądu stałego na wysokie napięcie
prądu zmiennego. Działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej.
Składa się z rdzenia, na nim nawinięte są 2 uzwojenia : pierwotne
(zasilane prądem stałym; mała ilość zwojów z grubego drutu) i
wtórne (dużo zwojów z cienkiego drutu). Zwykle używa się
napięcia 6~8 V.
|
|
|
