Номер 2, страница 38, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Какими физическими величинами характеризуется цепь переменного тока, если в нее включают катушку? Каковы их формулы? Какие сопротивления называются реактивным и индуктивным?

Какими физическими величинами характеризуется цепь переменного тока, если в нее включают катушку? Каковы их формулы?

Цепь переменного тока, содержащая катушку индуктивности, характеризуется следующими основными физическими величинами:

1. Индуктивность ($L$): это основная характеристика самой катушки. Она определяет способность катушки создавать магнитное поле при протекании тока и противодействовать его изменению. Единица измерения — генри (Гн).

2. Индуктивное сопротивление ($X_L$): это сопротивление, которое катушка оказывает переменному току. Оно возникает из-за явления электромагнитной самоиндукции. Величина индуктивного сопротивления прямо пропорциональна частоте тока и индуктивности катушки.

Его формула: $X_L = \omega L$, где $\omega$ — циклическая частота тока (в рад/с), $L$ — индуктивность (в Гн).

Так как $\omega = 2\pi f$, где $f$ — линейная частота (в Гц), то формула также может быть записана как: $X_L = 2\pi f L$.

3. Активное (омическое) сопротивление ($R$): любая реальная катушка намотана из провода, обладающего собственным электрическим сопротивлением. Это сопротивление приводит к необратимым потерям энергии, которая превращается в тепло (согласно закону Джоуля-Ленца). Единица измерения — ом (Ом).

4. Полное сопротивление (импеданс, $Z$): это суммарное сопротивление цепи переменному току, учитывающее как активное, так и индуктивное сопротивления. Так как напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током, а на индуктивном опережает ток на $\pi/2$, эти сопротивления складываются геометрически (векторно).

Формула для импеданса: $Z = \sqrt{R^2 + X_L^2} = \sqrt{R^2 + (\omega L)^2}$.

Единица измерения — ом (Ом).

5. Сдвиг фаз ($\varphi$): это угол, на который колебания тока в катушке отстают по фазе от колебаний напряжения на ней.

Тангенс этого угла находится как отношение индуктивного сопротивления к активному: $\tan \varphi = \frac{X_L}{R} = \frac{\omega L}{R}$.

Ответ: Цепь переменного тока с катушкой характеризуется индуктивностью ($L$), индуктивным сопротивлением ($X_L=\omega L$), активным сопротивлением ($R$), полным сопротивлением или импедансом ($Z=\sqrt{R^2 + X_L^2}$), а также сдвигом фаз ($\varphi$) между током и напряжением, для которого $\tan\varphi = X_L/R$.

Какие сопротивления называются реактивным и индуктивным?

Реактивным сопротивлением ($X$) называется сопротивление, которое оказывают переменному току элементы электрической цепи, способные накапливать энергию в электрическом или магнитном поле (конденсаторы и катушки индуктивности). Ключевой особенностью реактивного сопротивления является то, что оно не приводит к необратимым потерям энергии в виде тепла. Энергия периодически запасается элементом и затем возвращается обратно в цепь. Поэтому средняя мощность, рассеиваемая на реактивном сопротивлении, равна нулю.

Индуктивным сопротивлением ($X_L$) называют один из видов реактивного сопротивления. Это реактивное сопротивление, создаваемое катушкой индуктивности. Оно обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению силы тока в цепи. Индуктивное сопротивление является частным случаем реактивного сопротивления. Другим частным случаем является емкостное сопротивление ($X_C$), создаваемое конденсатором.

Ответ: Реактивным сопротивлением называют сопротивление, не связанное с выделением тепла, а обусловленное обменом энергией между источником и реактивным элементом (катушкой или конденсатором). Индуктивное сопротивление — это реактивное сопротивление, присущее катушке индуктивности.