Вопросы, страница 113 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Что такое переменный ток?

2. Каков принцип действия машинного генератора переменного тока?

3. Почему используется большая частота изменений силы тока в электрических сетях?

4. Что называется амплитудным значением напряжения в сети переменного тока?

5. Что называется действующим значением напряжения в сети переменного тока?

1. Что такое переменный ток?

Переменный ток — это электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению. Эти изменения происходят периодически, чаще всего по синусоидальному закону. Мгновенное значение силы переменного тока описывается уравнением $i(t) = I_{max} \sin(\omega t + \varphi_0)$, где $I_{max}$ — это амплитудное (максимальное) значение силы тока, $\omega$ — циклическая частота, $\text{t}$ — время, а $\varphi_0$ — начальная фаза колебаний. В отличие от постоянного тока, который течет в одном направлении с постоянной силой, переменный ток постоянно меняет свою полярность, колеблясь около нулевого значения.

Ответ: Переменный ток — это электрический ток, периодически изменяющийся по величине и направлению.

2. Каков принцип действия машинного генератора переменного тока?

Принцип действия генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. В генераторе имеется рамка из провода (ротор), которая вращается в магнитном поле, создаваемом статором (постоянными магнитами или электромагнитами). При вращении рамки угол между плоскостью рамки и линиями магнитной индукции постоянно меняется. Это приводит к периодическому изменению магнитного потока через рамку. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в рамке наводится ЭДС, величина и знак которой зависят от скорости изменения магнитного потока. Поскольку рамка вращается равномерно, индуцируемая ЭДС и, следовательно, ток в цепи изменяются по синусоидальному закону.

Ответ: Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции: при вращении проводящей рамки в магнитном поле в ней возникает переменная ЭДС, порождающая переменный ток.

3. Почему используется большая частота изменений силы тока в электрических сетях?

В электрических сетях используется стандартизированная, а не произвольно большая частота (например, 50 Гц в России и Европе, 60 Гц в Северной Америке). Выбор такой частоты является техническим компромиссом. Основная причина использования переменного тока определенной частоты — это возможность эффективной работы трансформаторов. Трансформаторы позволяют легко изменять (повышать или понижать) напряжение, что критически важно для передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями (при высоком напряжении) и для безопасного использования у потребителя (при низком напряжении). Более низкая частота привела бы к заметному мерцанию ламп накаливания и потребовала бы более крупных и тяжелых трансформаторов и электродвигателей. Более высокая частота, в свою очередь, увеличила бы потери энергии в линиях электропередач (из-за емкостных и индуктивных эффектов) и потери в сердечниках трансформаторов (на перемагничивание и вихревые токи).

Ответ: Для эффективной работы трансформаторов, которые позволяют изменять напряжение для передачи и потребления электроэнергии. Стандартная частота (50/60 Гц) является техническим компромиссом между размерами оборудования, потерями при передаче и физиологическими особенностями восприятия света.

4. Что называется амплитудным значением напряжения в сети переменного тока?

Амплитудным значением напряжения ($U_{max}$) в сети переменного тока называется максимальное мгновенное значение напряжения, которого оно достигает за один период колебаний. Если представить зависимость напряжения от времени в виде синусоиды, то амплитудное значение — это высота "пика" этой синусоиды относительно нулевой линии. Например, для напряжения, изменяющегося по закону $u(t) = U_{max} \sin(\omega t)$, величина $U_{max}$ и есть амплитудное значение.

Ответ: Это максимальное значение, которого достигает напряжение в процессе своих периодических колебаний.

5. Что называется действующим значением напряжения в сети переменного тока?

Действующим (или эффективным) значением напряжения переменного тока ($U_{действ}$ или $U_{rms}$) называется такое значение постоянного напряжения, которое на таком же активном сопротивлении выделит за то же время такое же количество теплоты (совершит ту же работу), что и данный переменный ток. Действующее значение введено для удобства расчетов мощности и теплового действия переменного тока. Большинство измерительных приборов (вольтметры, амперметры) для сетей переменного тока показывают именно действующие значения. Для синусоидального напряжения действующее значение связано с амплитудным ($U_{max}$) простым соотношением: $U_{действ} = \frac{U_{max}}{\sqrt{2}}$. Например, в бытовой сети с действующим напряжением 220 В амплитудное напряжение составляет $U_{max} = 220 \cdot \sqrt{2} \approx 311$ В.

Ответ: Это такое значение постоянного напряжения, которое производит на нагрузке такую же тепловую мощность, как и данное переменное напряжение. Для синусоидального напряжения оно равно амплитудному значению, деленному на $\sqrt{2}$.