Sv1ca-4.ru

Строй журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Частота переменного тока в цепи лампы накаливания

В нынешнее время лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет такую конструкцию:

  1. Герметичная стеклянная колба грушевидной формы. Из неё частично выкачан воздух или заменён инертным газом. Это сделано для того, чтобы вольфрамовая нить накала не сгорала.
  2. Внутри колбы находится ножка, к которой прикреплены два электрода и несколько держателей из металла (молибдена), которые подпирают вольфрамовую нить, не давая ей провисать и разрываться под собственным весом во время нагрева.
  3. Узкая часть грушевидной колбы закреплена в металлическом корпусе цоколя, имеющего спиральную резьбу для вкручивания в штепсельный патрон. Резьбовая часть является одним контактом, к нему припаян один электрод.
  4. Второй электрод припаян к контакту на донышке цоколя. Он имеет вокруг себя кольцевую изоляцию от резьбового корпуса.

В зависимости от особенных условий эксплуатации некоторые конструктивные элементы могут отсутствовать (например, цоколь или держатели), быть видоизменёнными (например, цоколь), дополнены другими деталями (дополнительная колба). Но такие части, как нить, колба и электроды являются основными частями.

Электрические измерения.

Нарисуем простейшую электрическую цепь, состоящую из батареи «В» и нагрузки «R», и рассмотрим, как необходимо измерять протекающий по цепи ток, и напряжение на нагрузке.

Что бы измерить протекающий в цепи ток, необходимо в разрыв источника питания и нагрузки включить измерительный прибор (амперметр).
Для того, что бы на измеряемую цепь было как можно меньше влияний и для повышения точности измерения, амперметры изготавливают с очень малым внутренним сопротивлением, то есть если включить амперметр в разрыв проверяемой цепи, то он практически не добавит к измеряемой цепи дополнительного сопротивления, и протекающий по цепи ток практически не изменится, или уменьшится на очень незначительную величину не оказывающую значительного влияния на конечный результат измерения.
Поэтому категорически нельзя измерять «ток приходящий на нагрузку» путём подключения амперметра параллельно нагрузке, или непосредственно у источника питания (без нагрузки) и таким образом попытаться замерить выходной ток выдаваемый источником питания или осветительной сетью.
Это равносильно тому, что подключить параллельно нагрузке или источнику питания обычный провод. Попросту сказать — закоротить цепь.

Если источник питания обладает хорошей мощностью — будет очень сильный Б А Х . Последствия могут быть самыми разными, от выхода из строя измерительного прибора (амперметра), что обычно и случается, и до выбитых пробок (АЗС) в квартире и обесточивания помещения и возможного поражения током.

Для измерения напряжения на нагрузке необходимо, что бы подключаемый к ней вольтметр не шунтировал нагрузку и не оказывал заметного влияния на результат измерения. Для этого вольтметры изготавливают с очень высоким входным сопротивлением и их наоборот подключают параллельно измеряемой цепи. Благодаря высокому входному сопротивлению вольтметра — сопротивление измеряемой цепи практически не изменяется, или изменяется очень не значительно, не оказывая заметного влияния на результат измерения.

На рисунке выше показан порядок включения амперметра и вольтметра для измерения напряжения на нагрузке и протекающего через неё тока. Так же указана полярность подключения измерительных приборов в измеряемую цепь.

Сфера использования

Не так давно лампы накаливания присутствовали в различных сферах жизни, в быту и на предприятиях. Это обуславливается простой их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Используются в таких сферах:

  • Общего предназначения для внутреннего и наружного освещения в частных домах, квартирах, офисах.
  • Местного применения – для подсветки рабочих мест.
  • Также есть специальные автомобильные лампы накаливания.
  • Устанавливаются в поездах, на судах, и в самолетах.
  • Миниатюрные ЛН применяются в фонариках, шкалах приборов.
  • Сверхминиатюрные в отдельных медприборах, пультах управления.
  • Также есть коммутационные, маячные, кинопроекционные.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Соберем две электрических цепи, состоящих из лампы накаливания, катушки индуктивности и источника питания: в первом случае постоянного, во втором — переменного (см. рисунки «а» и «б» ниже).

Опыт покажет, что в цепи постоянного тока лампа светится ярче по сравнению с той, что включена в цепь переменного тока. Это говорит о том, что сила тока в цепи постоянного тока выше действующего значения силы тока в цепи переменного тока.

Результат опыта легко объясняется явлением самоиндукции. При подключении катушки к постоянному источнику тока сила тока нарастает постепенно. Возрастающее при нарастании силы тока вихревое электрическое поле тормозит движение электронов. Лишь спустя какое-то время сила тока достигает наибольшего значения, соответствующему данному постоянному напряжению.

Читать еще:  Как от двух проводов подключить две лампочки

Если напряжение быстро меняется, то сила тока не успевает достигнуть максимального значения. Поэтому максимальное значение силы тока в цепи переменного тока с катушкой индуктивности ограничивается индуктивность. Чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения, тем меньше амплитуда силы переменного тока.

Определим силу тока в цепи, содержащей катушку, активным сопротивлением которой можно пренебречь (см. рисунок ниже). Для этого найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней.

Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна равняться нулю. Иначе, согласно закону Ома, сила тока была бы бесконечно большой. Равенство нулю напряженности поля оказывается возможным потому, что напряженность вихревого электрического поля → E i , порождаемого переменным магнитным полем, в каждой точке равна по модулю и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля → E к , создаваемого в проводнике зарядами, расположенными на зажимах источника и в проводах цепи.

Из равенства → E i = − → E к следует, что удельная работа вихревого поля (т.е. ЭДС самоиндукции e i ) равна по модулю и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля.

Учитывая, что удельная работа кулоновского поля равна напряжения на концах катушки, можно записать:

Напомним, что сила переменного тока изменяется по гармоническому закону:

i = I m a x sin . ω t

Тогда ЭДС самоиндукции равна:

e i = − L i ´ = − L ω I m a x cos . ω t

Так как u = − e i , то напряжение на концах катушки оказывается равным:

u = L ω I m a x cos . ω t = L ω I m a x sin . ( ω t + π 2 . . ) = U m a x ( ω t + π 2 . . )

Амплитуда напряжения равна:

U m a x = L ω I m a x

Следовательно, колебания напряжения на катушке опережают колебания силы тока на π 2 . . , или колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на π 2 . . , что одно и то же.

В момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока равна нулю (см. график ниже).

Но в момент, когда напряжение становится равным нулю, сила тока максимальна по модулю. Амплитуда силы тока в катушке равна:

I m a x = U m a x L ω . .

Также будем использовать вместо амплитуд действующие значения силы тока и напряжения. Тогда получим:

Величина X L , равная произведению циклической частоты на индуктивность, называется индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление зависит от частоты. Поэтому в цепи постоянного тока, в котором отсутствует частота, индуктивное сопротивление катушки равно нулю.

Пример №2. Катушка с индуктивным сопротивлением X L = 500 Ом присоединена к источнику переменного напряжения, частота которого ν = 1000 Гц. Действующее значение напряжения U = 100 В. Определите амплитуду силы тока I m a x в цепи и индуктивность катушки L. Активным сопротивлением пренебречь.

Индуктивное сопротивление катушки выражается формулой:

X L = L ω = 2 π ν L

Так как амплитуда напряжения связана с его действующим значением соотношением U m a x = U √ 2 , то для амплитуды силы тока получаем:

Разновидности световых элементов

Классифицируют все изделия по разным параметрам. По типу наполнения колбы различают такие лампы:

  • самые простые вакуумные (при их изготовлении из колбы отсасывается весь воздух);
  • наполненные газом аргоном;
  • ксенон-галогенные;
  • наполненные криптоном.

По типу предназначения лампочки делят на такие виды:

    Декоративные. Работают по привычному принципу. Колба выполнена в виде свечи или шара.

Декоративные лампы накаливания

  • Общего назначения. Это знакомые всем обычные элементы, которые вкручиваются в люстру или бра. Часто мастера волнует вопрос, сколько ватт потребляет лампочка. Можно купить изделие на 40, 60, 90, 100, 120, 150, 200 и более Вт. Чем больше показатель, тем ярче будет свечение.
  • Лампы для локального освещения. Конструктивно они ничем не отличаются от обычных элементов. Но рабочее напряжение для них находится в диапазоне 12-42 В.
  • Лампочки для иллюминации. Имеют окрашенную в яркие цвета колбу. Рабочая мощность в диапазоне 10-25 Вт.
  • Сигнальные. Имеют предельно низкую мощность и используются для светосигнальных устройств. На сегодняшний день такие изделия уверенно вытесняются современными светодиодными лампами.

    Зеркальная лампа

  • Зеркальные. Имеют особое покрытие колбы. Она частично обтянута пленкой распыленного термическим способом алюминия. Таким образом удается добиться узкой направленности светового луча. Зеркалки применяются для устройства локального освещения.
  • Транспортные. Эти изделия отличаются повышенной прочностью, устойчивостью к вибрациям. Для транспортных ламп используют специальные цоколи, благодаря которым можно быстро заменить осветительный элемент в стесненных условиях машины. Работают такие элементы от электросети авто 6-220 В.
  • Изделия для оптических приборов. Сегодня почти не выпускаются. Ранее использовались для кинопроекторов, медтехники. Лампы такого типа имеют колбу особой формы.
  • Коммутаторная лампочка. Относятся к классу сигнальных. Имеют малый размер колбы, что позволяет размещать их под кнопками панелей различных установок.

    Читать еще:  Какие нужны выключатели с подсветкой для светодиодных ламп

    Двухнитевая сигнальная лампа

    По количеству нитей накаливания все элементы бывают:

    • Двухнитевые. Имеют одно тело накала для дальнего (сильного) света и одно – для ближнего (слабого) освещения. Используются в авто, авиации, ж/д светофорах, в звездах Московского Кремля.
    • Однонитевые. Привычные лампочки с вольфрамовым телом накала.

    Тело накала малоинерционных изделий имеет крайне тонкую спираль. Ранее они применялись для систем оптической записи звука. Существуют также нагревательные лампы, которые используют для устройства сушильных камер, электроплит, оргтехники и др.

    Как выбрать лампочку накаливания: обзор технических параметров

    Для использования лампы в быту нужно знать ее основные характеристики. Производитель обязан их указать на упаковке.

    Мощность (Вт, W) — количество потребляемой электроэнергии. Для бытовой лампы достаточно 40-60 Вт. Именно на такую величину рассчитаны осветительные приборы. Если параметр будет меньше, в помещении останется темно, если больше — испортится светильник.

    Люмен (Lm) — яркость света. Сама по себе величина не дает потребителю никакой существенной информации, но показатель используют для сравнения эффективности лампочки накаливания с другими источниками света.

    Вольты (В, V) — напряжение электросети, от которого работает изделие. Как правило, величина равна 220. Если указан диапазон от … до . значит прибор устойчив к скачкам напряжения.

    Часы (h) — рабочее время лампочки.

    Размер цоколя. О данном параметре мы поговорим ниже

    Решение задач по физике

    Описание презентации по отдельным слайдам:

    Презентация по физике Решение задач на расчет цепей, содержащих активное, индуктивное или емкостное сопротивление Учитель физики «СОШ №1» г. Спас-Деменск 2014 год

    R C L @ Краснополянская школа № 1 Домнин Константин Михайлович 2006 год в цепи переменного тока — 2

    Решение задач на расчет цепей, содержащих активное, индуктивное или емкостное сопротивление

    Решение задач на расчет цепей Задача 1: Определить амплитудное значение напряжения квартирной электропроводки Uд = 220 В Um = ? Дано: Решение: Ответ: Амплитудное значение напряжения равно 311 В

    Решение задач на расчет цепей Задача 2: Какова емкость конденсатора, если на частоте 20 кГц он обладает сопротивлением 10 Ом?  = 20 кГц С = ? Дано: Решение: Ответ: Емкость конденсатора 0,8 мкФ XС = 10 Ом Си 2*104 Гц

    Решение задач на расчет цепей Задача 3: На лампочке написано: 25 Вт, 36 В. Какой конденсатор нужно включить последовательно с лампой, чтобы использовать ее на 220 В Р = 25 Вт С = ? Дано: Решение: U1 = 36 В U2 = 220 В Если последовательно с лампой включить конденсатор, то на нем будет падение напряжения, зависящее от емкостного сопротивления конденсатора: Определим падение напряжения на конденсаторе: Емкость конденсатора можно найти по формуле: Емкостное сопротивление можно найти из формулы (1): Ток, протекающий через лампу, можно найти, используя данные

    Решение задач на расчет цепей Зная емкостное сопротивление, найдем емкость конденсатора: Ответ: Емкость конденсатора 12 мкФ ! Указанный способ гашения напряжения гораздо экономичней, чем с помощью активной нагрузки – ведь на конденсаторе не выделяется тепло и электросчетчик (активной энергии) не считает реактивную (емкостную) мощность и работу Поэтому в некоторых случаях мы вполне можем заменить трансформатор конденсатором (учитывая его рабочее напряжение)

    Решение задач на расчет цепей Задача 4: На какой частоте сопротивление конденсатора емкостью 1 мкФ равно сопротивлению катушки с индуктивностью 50 мГн? С = 1 мкФ  — ? Дано: Решение: Ответ: Сопротивления равны на частоте 712,25 Гц L = 50 мГн Си 10-6 Ф XC = XL 5*10-2 Гн Запишем формулы емкостного и индуктивного сопротивлений: По условию задачи они равны: Отсюда находим частоту:

    Решение задач на расчет цепей Из решения данной задачи можно сделать важный вывод ! В задаче мы выяснили, что равенство индуктивного и емкостного сопротивлений достигается на частоте: С другой стороны резонансная частота колебательного контура вычисляется по формуле: Мы видим, что формулы совершенно одинаковы ! ВЫВОД : Резонанс в LC цепи (колебательном контуре) достигается при равенстве емкостного и индуктивного сопротивления цепи

    Читать еще:  Как подключить еще одну лампу через выключатель

    Решение задач на расчет цепей Задача 5: Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты с напряжением 220 В. Какова емкость конденсатора, если сила тока в цепи 2,5 А. I = 2,5 A С — ? Дано: Решение: U = 220 В  = 50 Гц Емкость конденсатора можно найти, используя формулу емкостного сопротивления: Емкостное сопротивление найдем по закону Ома: Тогда емкость конденсатора: Ответ: Емкость конденсатора 36 мкФ

    Решение задач на расчет цепей Задача 6: Цепь питается от генератора тока регулируемой частоты. При некоторой частоте лампы Л1 и Л2 горят одинаково. Как изменится накал ламп, если частоту увеличить? Уменьшить?

    Л1 Л2 Пояснение: Проанализируйте частотные свойства элементов цепи

    Решение задач на расчет цепей Задача 7: В цепь напряжением 220 В стандартной частоты включен конденсатор емкостью 5 мкФ. Запишите уравнения напряжений и токов в конденсаторе С = 5 мкФ U(t) — ? Дано: Решение: U = 220 В  = 50 Гц В случае емкостного сопротивления токи и напряжения в цепи описываются следующими формулами: I(t) — ? 5*10-6 Ф Си Ток опережает напряжение на Чтобы записать уравнение для напряжения необходимо найти Um и  Тогда уравнение изменения напряжения будет иметь вид:

    Решение задач на расчет цепей Для записи уравнения для тока необходимо вычислить Im Тогда уравнения для тока будет иметь вид: Ответ: Напряжение и ток на конденсаторе будут изменяться по законам:

    Решение задач на расчет цепей Задачи для самостоятельного решения: Как изменится сила тока, протекающего через конденсатор при уменьшении частоты тока в 3 раза Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока частотой 50 Гц. При напряжении 125 В сила тока равна 2,5 А. Какова индуктивность катушки? В цепь переменного тока включены последовательно конденсатор, катушка без сердечника и лампа накаливания. При постепенном введении сердечника лампа сначала горит все ярче, а затем накал нити начинает уменьшаться. Почему?

    Курс повышения квалификации

    Дистанционное обучение как современный формат преподавания

    Курс профессиональной переподготовки

    Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

    Курс повышения квалификации

    ЕГЭ по физике: методика решения задач

    Онлайн-конференция для учителей, репетиторов и родителей

    Формирование математических способностей у детей с разными образовательными потребностями с помощью ментальной арифметики и других современных методик

    Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

    • Все материалы
    • Статьи
    • Научные работы
    • Видеоуроки
    • Презентации
    • Конспекты
    • Тесты
    • Рабочие программы
    • Другие методич. материалы

    • Марьев Игорь АнатольевичНаписать 3007 07.01.2015

    Номер материала: ДБ-1357544

    • Физика
    • Другие методич. материалы
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0
      30.09.2020 0

    Не нашли то что искали?

    Вам будут интересны эти курсы:

    Оставьте свой комментарий

    Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

    Путин назвал уровень доходов преподавателей одним из социальных приоритетов

    Время чтения: 1 минута

    Стартовал финал конкурса «Учитель года России»

    Время чтения: 1 минута

    Путин поручил сократить количество контрольных работ в школах

    Время чтения: 1 минута

    В России будут разработаны меры по усовершенствованию системы оплаты труда педагогов

    Время чтения: 1 минута

    В ведущих вузах наблюдается отток талантливых студентов за рубеж

    Время чтения: 1 минута

    В пяти регионах России протестируют новую систему оплаты труда педагогов

    Время чтения: 2 минуты

    Подарочные сертификаты

    Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

    Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector