Номер 1, страница 38, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Какими физическими величинами характеризуется цепь переменного тока, если в нее включают резистор? Каковы их формулы? Какое сопротивление называется активным?

Какими физическими величинами характеризуется цепь переменного тока, если в нее включают резистор?

Цепь переменного тока, содержащая только резистор, характеризуется рядом физических величин, описывающих периодические изменения напряжения и силы тока. Ключевые из них:

1. Мгновенные значения напряжения $u(t)$ и силы тока $i(t)$. Это их значения в каждый конкретный момент времени. Так как ток переменный, эти величины непрерывно изменяются по гармоническому (синусоидальному или косинусоидальному) закону.

2. Амплитудные (максимальные) значения напряжения $U_m$ и силы тока $I_m$. Это наибольшие по модулю значения, которых достигают напряжение и сила тока в процессе своих колебаний.

3. Действующие (эффективные) значения напряжения $U$ и силы тока $I$. Это среднеквадратичные значения, которые эквивалентны значениям постоянного тока, производящего такое же тепловое действие. Именно их измеряют большинство вольтметров и амперметров переменного тока.

4. Частотные характеристики: период $T$ (время одного полного колебания), линейная частота $f$ (число колебаний в секунду) и циклическая (угловая) частота $\omega$ (число колебаний за $2\pi$ секунд).

5. Активное (омическое) сопротивление $R$. Это собственное сопротивление резистора, которое в идеальном случае не зависит от частоты переменного тока.

Важнейшей особенностью цепи с резистором является то, что колебания силы тока и напряжения на резисторе совпадают по фазе. Это значит, что сдвиг фаз между ними равен нулю, и они одновременно достигают своих максимальных и нулевых значений.

Ответ: Цепь переменного тока с резистором характеризуется мгновенными, амплитудными и действующими значениями силы тока и напряжения, а также периодом, частотой, циклической частотой и активным сопротивлением. Колебания тока и напряжения в такой цепи совпадают по фазе.

Каковы их формулы?

Основные формулы, связывающие эти величины для цепи с резистором:

1. Мгновенные значения напряжения и силы тока (если в момент $t=0$ напряжение максимально):

$u(t) = U_m \cos(\omega t)$

$i(t) = I_m \cos(\omega t)$

где $t$ — время.

2. Связь между различными видами частот:

$\omega = 2\pi f$

$T = \frac{1}{f} = \frac{2\pi}{\omega}$

3. Связь между действующими и амплитудными значениями:

$U = \frac{U_m}{\sqrt{2}}$

$I = \frac{I_m}{\sqrt{2}}$

4. Закон Ома для цепи переменного тока с резистором (справедлив как для амплитудных, так и для действующих значений):

$I_m = \frac{U_m}{R}$

$I = \frac{U}{R}$

Ответ: Основные формулы: $u(t) = U_m \cos(\omega t)$, $i(t) = I_m \cos(\omega t)$, $U = U_m/\sqrt{2}$, $I = I_m/\sqrt{2}$, $I_m = U_m/R$, $I = U/R$, $\omega = 2\pi f$.

Какое сопротивление называется активным?

Активным сопротивлением (также называемым омическим) $R$ называют сопротивление элемента или участка цепи, на котором происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие формы, в основном — во внутреннюю (тепловую) энергию. Этот процесс описывается законом Джоуля-Ленца. Элемент электрической цепи, который обладает только активным сопротивлением, называется резистором.

Название "активное" используется для того, чтобы отличить его от "реактивного" сопротивления. Реактивное сопротивление возникает в элементах, способных накапливать энергию в электрическом (конденсаторы) или магнитном (катушки индуктивности) поле и затем возвращать её обратно в цепь. В отличие от активного сопротивления, на идеальном реактивном сопротивлении не происходит потерь энергии, а лишь создается сдвиг фаз между током и напряжением.

Ответ: Активное сопротивление — это сопротивление участка цепи, характеризующееся необратимым преобразованием электрической энергии в тепловую или иные формы энергии. Оно не зависит от частоты переменного тока.