Электрический резонанс.

Явление возрастания амплитуды силы тока в колебательном контуре при приближении частоты внешней ЭДС к резонансной частоте, равной частоте свободных незатухающих колебаний в контуре, называется резонансом в электрической цепи переменного тока.

Частота ω =ω ₀ называется резонансной частотой. Различают два вида электрического резонанса:

1) Резонанс напряжений, (последовательный резонанс). Наблюдается в контуре, когда емкость и индуктивность соединены последовательно. Приэтом сдвиг фаз между колебаниями внешней ЭДС и силой тока становится равным нулю. Амплитуды напряжений на индуктивном и емкостном сопротивлении одинаковы, а фазы противоположны.

;

Полное падение напряжения в контуре равно падению напряжения на активном сопротивлении Z = R. При этом наблюдается максимум силы тока. Резонансные кривые имеют тем больший максимум, чем меньше активное сопротивление R.

Явление резонанса напряжений используется в технике для усиления колебаний напряжения какой-либо определенной частоты.

2) Резонанс токов (параллельный резо­нанс) наблюдается в цепи, состоящей из парал­лельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности. При малых активных сопроти­влениях параллельных ветвей амплитуда тока во внешней (неразветвленной) цепи:

.

Наблюдается резкое уменьшение величины
тока I₀ → 0 при условии .

Явление резкого уменьшения амплитуды силы тока во внешней цепи с параллельно включенными конденсатором и катушкой индуктивности при приближении частоты приложенного напряжения к резонансной часто­те называется резонансом токов.

Явление резонанса токов используется в резонансных усилителях, позволяющих выделить одно опре­деленное колебание из сигнала сложной формы.

5. Трансформатор.

Действие трансформатора, который применяется для повышения или понижения напряжения переменного тока без изменения частоты, основа­но на явлении взаимной индукции. На сердечнике, состоящем из отдель­ных пластин (для уменьшения вихревых токов), находятся две обмотки –первичная с числом витков N₁ и вторичная с числом витков N₂. Переменный ток I₁ создает в первичной обмотке переменное магнитное поле, которое и является причиной ЭДС взаимной индукции во второй обмотке: .

1) В режиме нагрузки индуцируемая во вторичной обмотке ЭДС должна быть равна сумме напряжения U₂ и падения напряжения на сопротивлении обмотки U₂r₂: – коэффициент трансформации.

2) При холостом ходе трансформатора, когда ток во вторичной обмотке отсутствует (I₂ =0), отношение абсолютных значений напряжений U₁ и U₂ на концах первичной и вторичной обмоток называют коэффициентом трансформации: .

Трансформатор, повышающий при N₂ > N₁, (k < 1), понижающий, если N₂ < N₁, (k > 1).

Коэффициент полезного действия трансформатора: .

η достигает 99% в случае, когда сопротивление обмоток трансформа­тора мало по сравнению с индуктивным сопротивлением.

В этом случае можно считать, что , т.е. мощность тока в первичной и вторичной цепях одинакова.