Ответьте на вопросы, страница 34 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему стрелка измерительных приборов для переменного тока не достигает максимального угла отклонения при максимальном значении силы тока?

2. Почему амперметры и вольтметры для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока нельзя использовать в цепи переменного тока?

1. Почему стрелка измерительных приборов для переменного тока не достигает максимального угла отклонения при максимальном значении силы тока?

Измерительные приборы, предназначенные для работы в цепях переменного тока (например, электромагнитной, электродинамической или тепловой системы), показывают не мгновенное, а так называемое действующее (или эффективное) значение измеряемой величины. Это связано с тем, что переменный ток, как правило, синусоидально изменяется со временем, достигая своего максимального (амплитудного) значения лишь на мгновение в каждом полупериоде. Подвижная система любого стрелочного прибора (стрелка с катушкой) обладает инерцией и не способна отслеживать столь быстрые изменения. Вместо этого она реагирует на усредненное за период действие тока. В большинстве систем приборов для переменного тока отклоняющий момент пропорционален квадрату тока, поэтому прибор фактически усредняет квадрат тока, а его шкала градуируется в действующих значениях, которые равны корню квадратному из этого среднего значения.
Для синусоидального тока действующее значение $\text{I}$ связано с амплитудным (максимальным) значением $I_{max}$ следующим соотношением:
$I = \frac{I_{max}}{\sqrt{2}} \approx 0.707 \cdot I_{max}$
Таким образом, прибор показывает значение, которое в $\sqrt{2}$ раз меньше максимального. Поэтому при достижении током максимального (амплитудного) значения стрелка не отклоняется на соответствующий ему угол, а показывает меньшее по величине действующее значение.

Ответ: Стрелка измерительных приборов для переменного тока показывает действующее (эффективное) значение тока, которое по определению меньше его максимального (амплитудного) значения. Это происходит из-за инерционности подвижной системы прибора, которая усредняет воздействие тока за период.

2. Почему амперметры и вольтметры для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока нельзя использовать в цепи переменного тока?

Классические амперметры и вольтметры для цепей постоянного тока — это, как правило, приборы магнитоэлектрической системы. Их работа основана на том, что на рамку с током, помещенную в поле постоянного магнита, действует вращающий момент. Важно, что направление этого момента зависит от направления тока в рамке. При постоянном токе одного направления рамка со стрелкой отклоняется на определенный угол, пропорциональный силе тока.
Если такой прибор включить в цепь переменного тока промышленной частоты (например, 50 Гц), то направление тока в рамке будет меняться 100 раз в секунду. Соответственно, с такой же частотой будет меняться и направление вращающего момента, стремясь отклонить стрелку то в одну, то в другую сторону от нулевого положения.
Поскольку среднее значение синусоидального переменного тока за период равно нулю, то и среднее значение вращающего момента, действующего на катушку, также будет равно нулю. Из-за своей инерции подвижная система прибора не сможет совершать такие быстрые колебания. В результате стрелка либо будет неподвижно стоять на нулевой отметке, либо слегка дрожать около нее. Таким образом, измерить значение переменного тока или напряжения с помощью такого прибора невозможно.

Ответ: В приборах для постоянного тока (магнитоэлектрической системы) направление отклонения стрелки зависит от направления тока. В цепи переменного тока направление тока постоянно меняется, создавая знакопеременный вращающий момент. Из-за инерции подвижная система не успевает реагировать на эти изменения, и ее среднее отклонение оказывается равным нулю, поэтому прибор показывает ноль.