В цепи изображенной на рисунке 22 ползунок реостата: Тест по физике Закон Ома для замкнутой цепи для 11 класса

Тест по физике Закон Ома для замкнутой цепи для 11 класса

Тест по физике Закон Ома для замкнутой цепи для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. Рассчитайте силу тока в цепи, содержащей источник тока с ЭДС, равной 4,5 В, и внутренним сопротивлением 1 Ом при подключении во внешней цепи резистора с со­противлением 3,5 Ом.

А. 1 А
Б. 2 А
В. 0,5 А

2. Найдите ЭДС источника тока (рис. 17), если R₁ = 1 Ом, R₂ = 4 Ом, а сила тока в цепи I = 1 А. Внутренним сопро­тивлением источника тока можно пренебречь.

А. 6 В
Б. 5 В
В. 4 В

3. Рассчитайте силу тока, протекающего через резистор R₃, если сопротивления резисторов R₁ = R₂ = R₃ = 6 Ом (рис. 18), а ЭДС источника тока ε = 18 В. Внутренним со­противлением источника тока можно пренебречь.

А. 2 А
Б. 0,5 А
В. 1 А

4. В цепи, изображенной на рисунке 19, ползунок реоста­та перемещают вверх. Как изменились показания ампер­метра и вольтметра?

А. Показания обоих приборов уменьшились.
Б. Показания обоих приборов увеличились.
В. Показания амперметра увеличились, вольтметра — уменьшились.

5. При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4, 5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр — силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи?

А. 2 Ом
Б. 4 Ом
В. 0,5 Ом

2 вариант

1. Определите силу тока в цепи, содержащей источник тока с ЭДС, равной 6 В, и внутренним сопротивлением 0,5 Ом при подключении во внешней цепи резистора с со­противлением 2,5 Ом.

А. 1 А
Б. 2 А
В. 0,5 А

2. Найдите ЭДС источника тока (рис. 20), если

R₁ = 2 Ом, R₂ = 3 Ом, а сила тока в цепи I = 0,5 А. Внутренним со­противлением источника тока можно пренебречь.

А. 2,5 В
Б. 2 В
В. 3 В

3. Рассчитайте силу тока, протекающего через резистор R3, если сопротивления резисторов R₁ = R₂ = R₃ = 4 Ом (рис. 21), а ЭДС источника тока ε = 9 В. Внутренним со­противлением источника тока можно пренебречь.

А. 0,2 А
Б. 2,5 А
В. 1,5 А

4. В цепи, изображенной на рисунке 22, ползунок реоста­та перемещают вниз. Как изменились показания ампер­метра и вольтметра?

А. Показания обоих приборов уменьшились.
Б. Показания обоих приборов увеличились.
В. Показания амперметра уменьшились, вольтметра увеличились.

5. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к источнику тока с ЭДС 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании источника тока?

А. 6 А
Б. 5,5 А
В. 7,5 А

Ответы на тест по физике Закон Ома для замкнутой цепи для 11 класса
1 вариант
1-А
2-Б
3-В
4-В
5-А

2 вариант
1-Б
2-А
3-В
4-В
5-Б

PDF-версия
Тест Закон Ома для замкнутой цепи для 11 класса
(106 Кб, pdf)

Комплексная контрольная работа, 10 класс, 2 полугодие

Комплексная контрольная работа за 2 полугодие, 10 класс.

Физика

1 вариант

1. На рисунке изображены графики зависимости силы тока в четырех проводниках от напряжения на их концах. Сопротивление какого проводника равно 4 Ом?

А) проводника 1 В) проводника 3

Б) проводника 2 Г) проводника 4

Ответ: _____

2. На участке цепи, изображенном на рисунке, сопротивление каждого резистора равно 3 Ом. Общее сопротивление участка равно…

Ответ: _____ Ом

3. ЭДС источника равна 8 В, внешнее сопротивление 3 Ом, внутреннее сопротивление 1 Ом. Сила тока в полной цепи равна…

Ответ: _____ А

4. Используя условие задачи, установите соответствие величи­н с их изменениями.

К каждой позиции первого столбца подберите соот­ветствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В цепи, изображенной на рисунке, ползунок реостата передвинули вниз. При этом…

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА ИЗМЕНЕНИЕ

A) Сила тока 1) увеличивается

Б) Электродвижущая сила 2) уменьшается

B) Напряжение на резисторе 3) не изменяется

Г) Сопротивление реостата

А	Б	В	Г

5. В электроприборе за 15 минут электрическим током совершена работа 9 кДж. Сила тока в цепи 2 А. Определите сопротивление прибора.

Ответ: _____ Ом

6. Электрическая цепь состоит из двух резисторов сопротивлением по 4 Ом соединенных последовательно, источника тока с ЭДС 30 В и внутренним сопротивлением 2 Ом. Определить силу тока цепи.

Ответ: _____ А

Комплексная контрольная работа за 2 полугодие, 10 класс.

Физика

2 вариант

1. На рисунке изображены графики зависимости силы тока в четырех проводниках от напряжения на их концах. Сопротивление какого проводника равно 1,5 Ом?

А) проводника 1 В) проводника 3

Б) проводника 2 Г) проводника 4

Ответ: _____

2. На участке цепи, изображенном на рисунке, сопротивление каждого резистора равно 4 Ом. Общее сопротивление участка равно…

Ответ: _____ Ом

3. Сила тока в полной цепи 8 А, внешнее сопротивление 4 Ом, внутреннее сопротивление 1 Ом. ЭДС источника равна…

Ответ: _____ В

4. Используя условие задачи, установите соответствие между физическими величинами и их изменениями.

К каждой позиции первого столбца подберите соот­ветствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В цепи, изображенной на рисунке, ползунок реостата передвинули вверх. При этом…

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЕ

А) Напряжение на резисторе 1) увеличивается

Б) Внутреннее сопротивление 2) уменьшается

В) Сила тока 3) не изменяется

Г) Сопротивление резистора

А	Б	В	Г

5. Каково напряжение на резисторе сопротивлением 360 Ом, если за 12 мин электрическим током была совершена работа 450 Дж?

Ответ: _____ В

6. Электрическая цепь состоит из двух резисторов сопротивлением по 10 Ом каждый соединенных параллельно, источника тока с ЭДС 24 В и внутренним сопротивлением 1 Ом. Определить силу тока цепи.

Ответ: _____ А

Ответы на комплексную контрольную работу по физике за 2 полугодие, 10 класс.

1 вариант

1. Г,

2. 3,5 Ом,

3. 2 А,

4. 1332,

5. Дано: СИ: Решение:

t= 15 мин = 900 с A=I^2·R·t

А= 9 кДж = 9000 Дж R= A/I² · t= 9000 Дж / 2²А²· 900с = 2,5 Ом.

I= 2 А

R — ? Ответ: R= 2,5 Ом.

1. Дано: СИ: Решение:

R₁=R₂ = 4 Ом I=Ɛ / (R_общ + r), R_общ=R₁+R₂= 4 Ом + 4 Ом =8 Ом,

r = 2 Ом I=30 В / (8 Ом + 2 Ом) = 3 А.

Ɛ= 30 В

I — ? Ответ: I_=3А.

2 вариант

1. В,

2. 8,5 Ом,

3. 40 В,

4. 3321,

5. Дано: СИ: Решение:

t= 12 мин = 720 с A=U² ·t /R

А= 450 Дж U²= A·R /t = 450 Дж ·360 Ом / 720 с = 225 В² .

R= 360 Ом U= 15 В.

U — ? Ответ: U= 15 В.

1. Дано: СИ: Решение:

R₁=R₂ = 10 Ом I=Ɛ / (R_общ + r), R_общ=R₁+R₂= 10 Ом + 10 Ом = 20 Ом,

r = 1 Ом I= 24 В / (20 Ом + 1 Ом) = 8/7 А= 1,14 А.

Ɛ= 24 В

I — ? Ответ: I_{= 1,14 А.}

Разбалловка

Вопрос 1 – 1 б,

Вопрос 2 – 1 б,

Вопрос 3 – 2 б,

Вопрос 4 – 2 б,

Вопрос 5 – 3 б,

Вопрос 6 – 3 б.

20.3 Электромагнитная индукция — физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объяснять, как изменяющееся магнитное поле создает ток в проводе
• Расчет индуцированной электродвижущей силы и тока

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

• (5) Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Г) исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Кроме того, в Руководстве по физике для старшей школы OSX рассматривается содержание этого раздела лабораторной работы под названием «Магнетизм», а также следующие стандарты:

• (5) Научные концепции. Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Г) исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Основные термины раздела

ЭДС

индукция

магнитный поток

Изменение магнитных полей

В предыдущем разделе мы узнали, что ток создает магнитное поле. Если природа симметрична, то, возможно, магнитное поле может создавать ток. В 1831 году, примерно через 12 лет после открытия того, что электрический ток создает магнитное поле, английский ученый Майкл Фарадей (1791–1862) и американский ученый Джозеф Генри (1797–1878) независимо продемонстрировали, что магнитные поля могут создавать токи. Основной процесс генерации токов магнитными полями называется индукцией; этот процесс также называют магнитной индукцией, чтобы отличить его от индукционной зарядки, в которой используется электростатическая кулоновская сила.

Когда Фарадей открыл то, что сейчас называется законом индукции Фарадея, королева Виктория спросила его, как можно использовать электричество. «Мадам, — ответил он, — что хорошего в ребенке?» Сегодня токи, вызванные магнитными полями, необходимы для нашего технологического общества. Электрический генератор, который можно найти во всем, от автомобилей до велосипедов и атомных электростанций, использует магнетизм для выработки электрического тока.

К другим устройствам, использующим магнетизм для индукции тока, относятся катушки звукоснимателей в электрогитарах, трансформаторы любого размера, некоторые микрофоны, ворота безопасности в аэропортах и ​​демпфирующие механизмы на чувствительных химических весах.

В одном из экспериментов Фарадея для демонстрации магнитной индукции стержневой магнит перемещался через проволочную катушку и измерялся результирующий электрический ток через провод. Схема этого эксперимента показана на рис. 20.33. Он обнаружил, что ток индуцируется только тогда, когда магнит движется относительно катушки. Когда магнит неподвижен относительно катушки, ток в катушке не индуцируется, как показано на рис. 20.33. Кроме того, перемещение магнита в противоположном направлении (сравните рис. 20.33 с рис. 20.33) или изменение полюсов магнита (сравните рис. 20.33 с рис. 20.33) приводит к возникновению тока в противоположном направлении.

Рисунок 20.33 Движение магнита относительно катушки производит электрические токи, как показано. Такие же токи возникают, если катушку перемещать относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина тока, а ток равен нулю, когда нет движения. Ток, возникающий при перемещении магнита вверх, имеет направление, противоположное току, возникающему при перемещении магнита вниз.

Виртуальная физика

Закон Фарадея

Попробуйте эту симуляцию, чтобы увидеть, как движение магнита создает ток в цепи. Лампочка загорается, чтобы показать, когда течет ток, а вольтметр показывает падение напряжения на лампочке. Попробуйте провести магнит через катушку с четырьмя витками и через катушку с двумя витками. Какая катушка при той же скорости магнита выдает большее напряжение?

Когда северный полюс находится слева, а магнит перемещается справа налево, возникает положительное напряжение, когда магнит входит в катушку. Напряжение какого знака получится, если повторить опыт с южным полюсом слева?

1. Знак напряжения изменится, потому что направление тока изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

2. Знак напряжения останется прежним, потому что направление тока не изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

3. Знак напряжения изменится, потому что величина протекающего тока изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

4. Знак напряжения останется прежним, поскольку величина протекающего тока не изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

Индуцированная электродвижущая сила

Если в катушке индуцируется ток, Фарадей рассудил, что должно существовать то, что он назвал электродвижущей силой , проталкивающей заряды через катушку. Эта интерпретация оказалась неверной; вместо этого внешний источник, выполняющий работу по перемещению магнита, добавляет энергию к зарядам в катушке. Энергия, добавляемая на единицу заряда, имеет единицы вольт, поэтому электродвижущая сила на самом деле представляет собой потенциал. К сожалению, название «электродвижущая сила» прижилось, а вместе с ним и возможность спутать его с реальной силой. По этой причине мы избегаем термина электродвижущая сила и просто используйте аббревиатуру ЭДС , имеющую математический символ ε.ε. ЭДС можно определить как скорость, с которой энергия извлекается из источника на единицу тока, протекающего по цепи. Таким образом, ЭДС представляет собой энергию на единицу заряда , добавляемую источником, что контрастирует с напряжением, которое представляет собой энергию на единицу заряда , высвобождаемую при протекании зарядов по цепи.

Чтобы понять, почему в катушке возникает ЭДС из-за движущегося магнита, рассмотрим рис. 20.34, на котором показан стержневой магнит, движущийся вниз относительно проволочной петли. Первоначально через петлю проходят семь силовых линий магнитного поля (см. изображение слева). Поскольку магнит удаляется от катушки, только пять силовых линий магнитного поля проходят через петлю через короткое время ΔtΔt (см. изображение справа). Таким образом, когда происходит изменение числа силовых линий магнитного поля, проходящих через область, определяемую проволочной петлей, в проволочной петле индуцируется ЭДС. Подобные эксперименты показывают, что ЭДС индукции пропорциональна скорость изменения магнитного поля. Математически мы выражаем это как

ε∝ΔBΔt,ε∝ΔBΔt,

20,24

где ΔBΔB — изменение величины магнитного поля за время ΔtΔt, а A — площадь петли.

Рисунок 20. 34 Стержневой магнит движется вниз по отношению к проволочной петле, так что количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю, со временем уменьшается. Это приводит к тому, что в петле индуцируется ЭДС, создающая электрический ток.

Обратите внимание, что силовые линии магнитного поля, лежащие в плоскости проволочной петли, на самом деле не проходят через петлю, как показано крайней левой петлей на рис. 20.35. На этом рисунке стрелка, выходящая из петли, представляет собой вектор, величина которого равна площади петли и направление которого перпендикулярно плоскости петли. На рис. 20.35 при повороте петли от θ=90°θ=90° до θ=0°, θ=0° вклад силовых линий магнитного поля в ЭДС увеличивается. Таким образом, для создания ЭДС в проволочном контуре важна составляющая магнитного поля, равная перпендикулярно плоскости контура, который равен Bcosθ.Bcosθ.

Это аналог паруса на ветру. Думайте о проводящей петле как о парусе, а о магнитном поле — как о ветре. Чтобы максимизировать силу ветра, действующую на парус, парус ориентируют так, чтобы вектор его поверхности указывал в том же направлении, что и ветер, как в самой правой петле на рис. 20.35. Когда парус выровнен так, что вектор его поверхности перпендикулярен ветру, как в крайней левой петле на рис. 20.35, тогда ветер не действует на парус.

Таким образом, с учетом угла магнитного поля по отношению к площади пропорциональность E∝ΔB/ΔtE∝ΔB/Δt становится равной

E∝ΔBcosθΔt.E∝ΔBcosθΔt.

20,25

Рисунок 20.35 Магнитное поле лежит в плоскости крайнего левого контура, поэтому в этом случае оно не может генерировать ЭДС. Когда петлю поворачивают так, что угол магнитного поля с вектором, перпендикулярным площади петли, увеличивается до 90°90° (см. самую правую петлю), магнитное поле вносит максимальный вклад в ЭДС в петле. Точки показывают, где силовые линии магнитного поля пересекают плоскость, определяемую петлей.

Другой способ уменьшить количество силовых линий магнитного поля, проходящих через проводящую петлю на рис. 20.35, — не перемещать магнит, а уменьшить петлю. Эксперименты показывают, что изменение площади проводящего контура в постоянном магнитном поле индуцирует в контуре ЭДС. Таким образом, ЭДС, создаваемая в проводящей петле, пропорциональна скорости изменения произведения перпендикулярного магнитного поля и площади петли

ε∝Δ[(Bcosθ)A]Δt,ε∝Δ[(Bcosθ)A]Δt,

20.26

, где BcosθBcosθ — перпендикулярное магнитное поле, а A — площадь контура. Произведение BAcosθBAcosθ очень важно. Оно пропорционально числу силовых линий магнитного поля, проходящих перпендикулярно через поверхность площадью A . Возвращаясь к нашей аналогии с парусом, это было бы пропорционально силе ветра на парусе. Он называется магнитным потоком и обозначается ΦΦ.

Φ=BAcosθΦ=BAcosθ

20,27

Единицей магнитного потока является вебер (Вб), то есть магнитное поле на единицу площади, или Тл/м ² . Вебер также является вольт-секундой (Vs).

ЭДС индукции фактически пропорциональна скорости изменения магнитного потока через проводящую петлю.

ε∝ΔΦΔtε∝ΔΦΔt

20,28

Наконец, для катушки из Н витков ЭДС в Н раз сильнее, чем для одиночного витка. Таким образом, ЭДС, индуцируемая переменным магнитным полем в катушке N петли это

ε∝NΔBcosθΔtA.ε∝NΔBcosθΔtA.

Последний вопрос, на который нужно ответить, прежде чем мы сможем преобразовать пропорциональность в уравнение: «В каком направлении течет ток?» Русский ученый Генрих Ленц (1804–1865) объяснил, что ток течет в направлении, создающем магнитное поле, которое пытается поддерживать постоянный поток в контуре. Например, снова рассмотрим рис. 20.34. Движение стержневого магнита приводит к уменьшению числа направленных вверх силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю. Следовательно, в петле создается ЭДС, которая движет ток в направлении, создающем более направленные вверх силовые линии магнитного поля. Используя правило правой руки, мы видим, что этот ток должен течь в направлении, показанном на рисунке. Чтобы выразить тот факт, что ЭДС индукции действует на противодействие изменению магнитного потока через проволочный контур, в пропорциональность ε∝ΔΦ/Δt.ε∝ΔΦ/Δt., которая дает закон индукции Фарадея, вводится знак минус. 9) внутри катушки, направленной влево. Это будет противодействовать увеличению магнитного потока, направленного вправо. Чтобы увидеть, в каком направлении должен течь ток, укажите большим пальцем правой руки в нужном направлении магнитного поля B→катушка,B→катушка, и ток будет течь в направлении, указанном сгибанием пальцев правой руки. Это показано изображением правой руки в верхнем ряду рис. 20.36. Таким образом, ток должен течь в направлении, показанном на рис. 4(а).

На рис. 4(b) направление движения магнита изменено на противоположное. В катушке направленное вправо магнитное поле B→magB→mag из-за движущегося магнита уменьшается. Закон Ленца гласит, что, чтобы противодействовать этому уменьшению, ЭДС будет управлять током, который создает дополнительное магнитное поле, направленное вправо B → катушка B → катушка в катушке. Снова направьте большой палец правой руки в нужном направлении магнитного поля, и ток потечет в направлении, указанном сгибанием пальцев правой руки (рис. 4(b)).

Наконец, на рис. 4(с) магнит перевернут так, что южный полюс находится ближе всего к катушке. Теперь магнитное поле B→magB→mag указывает на магнит, а не на катушку. Когда магнит приближается к катушке, это вызывает увеличение направленного влево магнитного поля в катушке. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС, индуцируемая в катушке, будет направлять ток в направлении, создающем магнитное поле, направленное вправо. Это будет противодействовать увеличивающемуся магнитному потоку, направленному влево из-за магнита. Повторное использование правила правой руки, как показано на рисунке, показывает, что ток должен течь в направлении, показанном на рисунке 4(c).

Рисунок 20.36 Закон Ленца говорит нам, что ЭДС магнитного поля будет вызывать ток, который сопротивляется изменению магнитного потока в цепи. Это показано на панелях (a)–(c) для различных ориентаций и скоростей магнита. Правые руки справа показывают, как применить правило правой руки, чтобы определить, в каком направлении течет индуцированный ток вокруг катушки.

Виртуальная физика

Электромагнитная лаборатория Фарадея

Эта симуляция предлагает несколько действий. Сейчас нажмите на вкладку Pickup Coil, которая представляет собой стержневой магнит, который вы можете перемещать через катушку. При этом вы можете видеть, как электроны движутся в катушке, и загорается лампочка, или вольтметр показывает напряжение на резисторе. Обратите внимание, что вольтметр позволяет вам видеть знак напряжения при перемещении магнита. Вы также можете оставить стержневой магнит в покое и двигать катушку, хотя наблюдать результаты будет труднее.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея Поиграйте со стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея. Переместите стержневой магнит рядом с одной или двумя катушками, чтобы лампочка загорелась. Посмотрите на линии магнитного поля. Счетчик показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое

Расположите стержневой магнит северным полюсом вправо и поместите приемную катушку справа от стержневого магнита. Теперь переместите стержневой магнит к катушке и посмотрите, как движутся электроны. Это та же самая ситуация, что изображена ниже. Течет ли ток в моделировании в том же направлении, как показано ниже? Объясните, почему да или почему нет.

1. Да, ток в симуляции течет, как показано, потому что направление тока противоположно направлению потока электронов.

2. Нет, ток в моделировании течет в противоположном направлении, потому что направление тока совпадает с направлением потока электронов.

Смотреть физику

Наведенный ток в проводе

В этом видео показано, как можно индуцировать ток в прямом проводе, перемещая его через магнитное поле. Лектор использует перекрестное произведение , которое является типом векторного умножения. Не волнуйтесь, если вы не знакомы с этим, оно в основном сочетает в себе правило правой руки для определения силы, действующей на заряды в проводе, с уравнением F=qvBsinθ.F=qvBsinθ.

Проверка захвата

Какая ЭДС возникает на прямолинейном проводе длиной 0,50 м, движущемся со скоростью (1,5 м/с) x^x^ через однородное магнитное поле (0,30 Тл) ẑ ? Провод лежит в направлении х . Кроме того, какой конец провода находится под более высоким потенциалом — пусть нижний конец провода будет на y = 0, а верхний конец на y = 0,5 м)?

1. 0,15 В и нижний конец провода будет под более высоким потенциалом
2. 0,15 В и верхний конец провода будет под более высоким потенциалом
3. 0,075 В и нижний конец провода будет под более высоким потенциалом
4. 0,075 В и верхний конец провода будет под более высоким потенциалом

Рабочий пример

ЭДС, индуцированная движущимся магнитом в проводящей катушке

Представьте, что магнитное поле проходит через катушку в направлении, указанном на рис. 20.37. Диаметр катушки 2,0 см. Если магнитное поле изменяется от 0,020 до 0,010 Тл за 34 с, каковы направление и величина индуцированного тока? Предположим, катушка имеет сопротивление 0,1 Ом.Ом.

Рисунок 20. 37 Катушка, через которую проходит магнитное поле B .

Стратегия

Используйте уравнение ε=−NΔΦ/Δtε=−NΔΦ/Δt, чтобы найти ЭДС индукции в катушке, где Δt=34sΔt=34s . Подсчитав количество петель в соленоиде, мы находим, что в нем 16 петель, поэтому N=16.N=16. Используйте уравнение Φ=BAcosθΦ=BAcosθ для расчета магнитного потока и мы использовали cos0°=1.cos0°=1. Поскольку площадь соленоида не меняется, изменение магнитного потока через соленоид равно

ΔΦ=ΔBπ(d2)2.ΔΦ=ΔBπ(d2)2.

20,31

Как только мы найдем ЭДС, мы можем использовать закон Ома, ε=IR,ε=IR, чтобы найти ток.

Наконец, закон Ленца говорит нам, что ток должен создавать магнитное поле, которое препятствует уменьшению приложенного магнитного поля. Таким образом, ток должен создавать магнитное поле справа.

Решение

Объединение уравнений ε=−NΔΦ/Δtε=−NΔΦ/Δt и Φ=BAcosθΦ=BAcosθ дает

ε=-NΔΦΔt=-NΔBπd24Δt. ε=-NΔΦΔt=-NΔBπd24Δt.

20,32

Решение закона Ома для тока и использование этого результата дает

εR=-NΔBπd24RΔt=-16(-0,010T)π(0,020м)24(0,10Ом)(34с)=15мкА.

20,33

Закон Ленца говорит нам, что ток должен создавать магнитное поле справа. Таким образом, мы направляем большой палец правой руки вправо и сгибаем правые пальцы вокруг соленоида. Ток должен течь в том направлении, в котором указывают наши пальцы, поэтому он входит в левый конец соленоида и выходит в правый конец.

Обсуждение

Давайте посмотрим, имеет ли смысл знак минус в законе индукции Фарадея. Определите направление магнитного поля как положительное. Это означает, что изменение магнитного поля отрицательно, как мы обнаружили выше. Знак минус в законе индукции Фарадея сводит на нет отрицательное изменение магнитного поля, оставляя нам положительный ток. Следовательно, ток должен течь в направлении магнитного поля, что мы и нашли.

Теперь попробуйте определить положительное направление как направление, противоположное направлению магнитного поля, т. е. положительное направление слева на рис. 20.37. В этом случае вы обнаружите отрицательный ток. Но поскольку положительное направление направлено влево, отрицательный ток должен течь вправо, что опять-таки согласуется с тем, что мы нашли, используя закон Ленца.

Рабочий пример

Магнитная индукция из-за изменения размера цепи

Цепь, показанная на рис. 20.38, состоит из U-образного провода с резистором, концы которого соединены скользящим токопроводящим стержнем. Магнитное поле, заполняющее площадь, ограниченную контуром, постоянно и составляет 0,01 Тл. Если стержень тянут вправо со скоростью v=0,50 м/с, v=0,50 м/с, какой ток индуцируется в контуре и в каком направление течет ток?

Рисунок 20.38 Схема слайдера. Магнитное поле постоянно, и стержень тянется вправо со скоростью против . Изменяющаяся площадь, окруженная цепью, индуцирует ЭДС в цепи.

Стратегия

Мы снова используем закон индукции Фарадея, E=-NΔΦΔt, E=-NΔΦΔt, хотя на этот раз магнитное поле постоянно, а площадь, ограниченная контуром, изменяется. Схема содержит один контур, поэтому N=1.N=1. Скорость изменения площади составляет ΔAΔt=vℓ.ΔAΔt=vℓ. Таким образом, скорость изменения магнитного потока равна

0005

20,34

где мы использовали тот факт, что угол θθ между вектором площади и магнитным полем равен 0°. Зная ЭДС, мы можем найти силу тока, используя закон Ома. Чтобы найти направление тока, применим закон Ленца.

Решение

Закон индукции Фарадея дает

E=-NΔΦΔt=-Bvℓ.E=-NΔΦΔt=-Bvℓ.

20,35

Решая закон Ома для тока и используя предыдущий результат для ЭДС, получаем =-BvℓR=-(0,010T)(0,50м/с)(0,10м)20Ом=25мкА.

20,36

По мере того, как стержень скользит вправо, магнитный поток, проходящий через цепь, увеличивается. Закон Ленца говорит нам, что индуцированный ток создаст магнитное поле, противодействующее этому увеличению. Таким образом, магнитное поле, создаваемое индуцированным током, должно проникать внутрь страницы. Скручивание пальцев правой руки вокруг петли по часовой стрелке приводит к тому, что большой палец правой руки указывает на страницу, что является желаемым направлением магнитного поля. Таким образом, ток должен течь по часовой стрелке вокруг цепи.

Обсуждение

Сохраняется ли энергия в этой цепи? Внешний агент должен тянуть стержень с достаточной силой, чтобы просто уравновесить силу, действующую на провод с током в магнитном поле — напомним, что F=IℓBsinθ.F=IℓBsinθ. Скорость, с которой эта сила действует на стержень, должна быть уравновешена скоростью, с которой цепь рассеивает мощность. Используя F=IℓBsinθ, F=IℓBsinθ, сила, необходимая для вытягивания проволоки с постоянной скоростью v , равна

Fpull=IℓBsinθ=IℓB,Fpull=IℓBsinθ=IℓB,

20,37

где мы использовали тот факт, что угол θθ между током и магнитным полем составляет 90°.90°. Подстановка приведенного выше выражения для тока в это уравнение дает

Fpull=IℓB=−BvℓR(ℓB)=−B2vℓ2R. Fpull=IℓB=−BvℓR(ℓB)=−B2vℓ2R.

20,38

Мощность, вносимая агентом, тянущим стержень, равна Fpullv, или Fpullv, или

Ppull=Fpullv=−B2v2ℓ2R.Ppull=Fpullv=−B2v2ℓ2R.

20,39

Мощность, рассеиваемая цепью, равна

Pрассеянное=I2R=(-BvℓR)2R=B2v2ℓ2R.Pрассеянное=I2R=(-BvℓR)2R=B2v2ℓ2R.

20.40

Таким образом, мы видим, что Ppull+Pdissipated=0,Ppull+Pdissipated=0, что означает сохранение мощности в системе, состоящей из контура и агента, тянущего за стержень. Таким образом, в этой системе сохраняется энергия.

Практические задачи

11.

Магнитный поток через одну проволочную петлю изменяется с 3,5 Вб до 1,5 Вб за 2,0 с. Какая ЭДС возникает в контуре?

1. –2,0 В
2. –1,0 В
3. +1,0 В
4. +2,0 В

12.

Чему равна ЭДС катушки с 10 витками, через которую изменяется поток со скоростью 10 Вб/с?

1. –100 В
2. –10 В
3. +10 В
4. +100 В

Проверьте свое понимание

13.

Имея стержневой магнит, как можно индуцировать электрический ток в проволочной петле?

1. Электрический ток индуцируется, если рядом с проволочной петлей находится стержневой магнит.

2. Электрический ток индуцируется, если проволочная петля намотана на стержневой магнит.

3. Электрический ток индуцируется, если стержневой магнит перемещается по проволочной петле.

4. Электрический ток индуцируется, если стержневой магнит находится в контакте с проволочной петлей.

14.

Какие факторы могут вызвать индуцированный ток в проволочной петле, через которую проходит магнитное поле?

1. Наведенный ток можно создать, только изменив размер проволочной петли.

2. Наведенный ток можно создать, только изменив ориентацию проволочной петли.

3. Наведенный ток может быть создан только путем изменения силы магнитного поля.

4. Наведенный ток можно создать, изменив силу магнитного поля, изменив размер проволочной петли или изменив ориентацию проволочной петли.

Архивы учебных пособий — DERF Electronics

 

Что такое резистор Обзор

• В электрической цепи резистор представляет собой пассивный компонент с двумя выводами, который препятствует протеканию тока и рассеивает мощность, когда ток проходит через него. В электрических цепях он представлен символом на рисунке 1. Отношение напряжения к току называется сопротивлением и выражается законом Ома, как показано на рисунке 2.

Рис. 1: Обозначение резистора

 

Рис. 2: Закон Ома

 

• Закон Ома гласит, что ток, протекающий через резистор в электрической цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению, когда температура остается постоянной. Поэтому логично предположить, что обычные резисторы имеют два вывода и сопротивление у них постоянное, так как их сопротивление изменить нельзя.

Определение переменного резистора

• Как следует из названия, переменный резистор представляет собой пассивное устройство с тремя выводами, которое может регулировать свое сопротивление с помощью третьего вывода, расположенного между двумя выводами, так что препятствие протеканию тока возрастает. и вниз. Поэтому символ цепи переменного резистора имеет стрелку, которая представляет собой изменение сопротивления. Электрическое условное обозначение переменного резистора показано на рис. 3.9.0008

Рисунок 3: Символ переменного резистора

 

Рисунок 4: Символ переменного резистора

 

• Если внимательно изучить электрическую схему переменного резистора на рис. 4, можно увидеть, что между клеммами 1 и 3 существует постоянное сопротивление. Клемма 2 (посередине) — единственная клемма, которая может двигаться. Следовательно, чтобы изменить сопротивление, вы должны использовать любую из боковых клемм с подвижной клеммой.

Принцип работы переменных резисторов

• Переменные резисторы широко применяются в электрических цепях для регулирования величины тока или напряжения, так как сопротивление переменных резисторов можно установить на определенное значение. Переменные резисторы позволяют регулировать величину напряжения, изменяя сопротивление и сохраняя постоянный ток. Для регулировки входного напряжения к клеммам 1 и 3 подключается источник напряжения, как показано на рис. 5. Выходное напряжение между клеммами 1 и 2 можно рассчитать по формуле деления напряжения, показанной на рис. 6.

Рисунок 5: Использование переменного резистора в качестве распределения напряжения

Рисунок 6: Формула дивизии напряжения

принцип работы тот же. При осмотре внутренней части переменного резистора, как показано на рис. 7, между клеммами 1 и 3 находится постоянное сопротивление, называемое резистивной дорожкой. ручка. Сопротивление между клеммами 1 и 2 или 2 и 3 можно изменить, отрегулировав ручку посередине, как показано красным кружком на рисунке 7.

Рис. 7. Переменный резистор

 

Типы переменных резисторов

• Существуют различные типы переменных резисторов, принцип работы которых почти одинаков, как показано в предыдущих разделах. Однако конфигурация клемм и значение сопротивления переменного резистора могут быть скорректированы в зависимости от различных параметров окружающей среды. Эти различные типы переменных резисторов включают:

 

 

Потенциометры

• Как упоминалось в предыдущих разделах, переменные резисторы часто используются для управления напряжением или током. Потенциометры — один из самых популярных типов переменных резисторов. Они предпочтительны в приложениях, где требуется контроль напряжения. В основном есть две группы потенциометров, известные как механические и цифровые. Механические потенциометры, такие как линейные и поворотные потенциометры, имеют проблемы с точностью в условиях вибрации. Цифровые потенциометры обычно используются из-за проблем с чувствительностью механических потенциометров. Одним из наиболее важных применений цифровых потенциометров является решение проблемы дрейфа сопротивления, которая возникает в сложных условиях окружающей среды. Поскольку цифровые потенциометры можно регулировать с помощью протоколов связи, таких как I2C, они также весьма полезны в тех случаях, когда регулировка механического сопротивления невозможна.

 

Реостаты

• Конструкция реостата аналогична конструкции потенциометра. Однако подвижная клемма реостата замкнута накоротко с одной из боковых клемм, как показано на рис. 8. Реостаты предпочтительны в приложениях, где требуется регулировка сопротивления или ограничение тока.

 

Рис. 8: Символ реостата

 

Фоторезисторы

 

• Фоторезисторы, также известные как светочувствительные резисторы (LDR), являются распространенным типом переменных резисторов. Их сопротивление изменяется в зависимости от интенсивности падающего света из-за фотоэффекта. Фоторезисторы могут быть предпочтительными в условиях, где интенсивность света варьируется.

 

Резистор, чувствительный к силе

 

• Как следует из названия, сопротивление резистора, чувствительного к силе, изменяется в зависимости от уровня приложенной силы. Обычно они используются в роботизированных приложениях, например, внутри захватов робота.

 

Термисторы

 

• Сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры. Существует два типа термисторов, известных как термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и с положительным температурным коэффициентом (PTC). Сопротивление термисторов PTC прямо пропорционально температуре, тогда как сопротивление термисторов NTC обратно пропорционально температуре. Термисторы предпочтительны в различных промышленных приложениях, где критически важным является обнаружение изменения температуры.

 

Хьюмисторы

 

• Как следует из названия, сопротивление увлажнителя изменяется в зависимости от изменения влажности. Хьюмисторы используются во многих устройствах Интернета вещей (IOT) для обнаружения изменений окружающей среды.

 

Применение переменных резисторов

 

• Переменные резисторы используются во многих устройствах/электронике, которые есть в наших домах. Некоторые из них включают радиоприемники, динамики, микрофоны, телевизоры, генераторы, устройства управления умным домом и т. д. Потенциометры обычно используются в домашних электронных устройствах, где требуется регулировка скорости или уровня громкости.
• Реостаты используются там, где необходимо регулировать уровни тока или сопротивления. Типичным примером является затемнение света. Таким образом, переменные резисторы популярны в приложениях, где требуется контроль напряжения или регулировка тока.

Подробнее из нашего блога

Обзор концентрации

9
• В электрическом схеме. электрическая энергия между его терминалами с помощью метода, называемого разделением зарядов. Явление разделения заряда происходит в конденсаторах из-за диэлектрического материала, помещенного между его металлическими пластинами. Емкость (C), основной эффект конденсатора, измеряется в фарадах (F), названных в честь английского ученого Майкла Фарадея. Емкость конденсатора равна одному фараду (Ф), когда один кулон (Q) электрического заряда изменяет электрический потенциал между пластинами на один вольт (В). Емкость выражается уравнением на рисунке 1.
Рис. 1. Уравнение емкости Конденсаторы с фиксированными значениями можно разделить на две категории в зависимости от их полярности: неполяризованные и поляризованные конденсаторы. Электрические символы трех наиболее часто используемых типов конденсаторов представлены на рисунке 2.

Рисунок 2: Символы конденсатора

 

Определение танталового конденсатора

 

• Как упоминалось в предыдущем разделе, постоянные и переменные конденсаторы имеют разные электрические символы и принципы работы. Конденсаторы с фиксированным значением емкости можно разделить на две группы: поляризованные и неполяризованные конденсаторы. Поляризованные конденсаторы имеют асимметричную конструкцию и всегда должны работать с более высоким напряжением на положительной клемме (аноде), чем на отрицательной клемме (катоде). Поляризованные конденсаторы также можно разделить на две категории: электролитические и суперконденсаторы. Положительная (анодная) пластина электролитического конденсатора изготовлена ​​из специального металла, образующего оксидный слой. Затем оксидный слой работает как диэлектрик электролитического конденсатора за счет анодирования. Жидкий, гелевый или твердый электролит покрывает поверхность оксидного слоя и ведет себя как отрицательная (катодная) пластина электролитического конденсатора. Три семейства электролитических конденсаторов из алюминия, тантала и ниобия показаны на рисунке 3.

Рисунок 3: Типы конденсаторов

• Без сомнения, танталовые электролитические конденсаторы являются одним из наиболее распространенных типов конденсаторов из-за их гораздо более высокой зарядной емкости, чем у пленочных или керамических конденсаторов. Танталовые электролитические конденсаторы также имеют меньшую утечку и более высокую частотную характеристику, чем алюминиевые электролитические конденсаторы. Поэтому танталовые электролитические конденсаторы предпочтительны в различных электронных приложениях, где необходимы небольшие размеры и более высокие рабочие частоты. Ниобиевый электролитический конденсатор также является альтернативой танталовым электролитическим конденсаторам и начинает привлекать все больше и больше внимания на огромном рынке конденсаторов из-за его характеристик безопасности, таких как более высокая огнестойкость.

Конструкция танталового конденсатора

• Тантал (Ta) представляет собой яркий серебристо-серый металлический элемент с атомным Чип-конденсатор с твердым электролитом, показанный на рисунке 4, состоит из порошка тантала, спрессованного и спеченного в поддон в качестве положительного (анодного) вывода чип-конденсатора. Положительный (анодный) вывод покрыт изолирующим оксидным слоем, который образует диэлектрик, а твердый электролит на основе диоксида марганца действует как отрицательный (катодный) вывод.
Танталовые конденсаторы
• имеют высокую объемную и весовую емкость из-за их тонкого и относительно высокой диэлектрической проницаемости диэлектрического слоя, который отличает их от других электролитических конденсаторов. Следовательно, большая емкость танталовых электролитических конденсаторов делает их подходящими для пропуска или обхода низкочастотных сигналов и накопления большого количества электроэнергии.

 

Рис. 4. Танталовый электролитический чип-конденсатор поверхностного монтажа с твердым электролитом

 

Применение танталовых конденсаторов

• Конденсаторы используются во всех типах электронных устройств, от телевизоров, радиоприемников, компьютерного оборудования, маршрутизаторов Wi-Fi до мобильных телефонов. Очевидно, что любое электронное оборудование имеет внутри несколько конденсаторов, и эти конденсаторы бывают всех форм и размеров. Конденсаторы производятся с использованием различных методов конструкции и диэлектрических материалов, что существенно влияет на их характеристики. Поскольку некоторые типы конденсаторов в одних приложениях работают лучше, чем в других, чрезвычайно важно понимать различия между разными типами конденсаторов.
Танталовые конденсаторы
• являются одним из самых популярных типов конденсаторов в микроэлектронной промышленности. Более 80% всех танталовых электролитических конденсаторов изготавливаются в виде устройств поверхностного монтажа (SMD) в виде танталовых электролитических конденсаторов с микросхемами. Однако электролитические конденсаторы на основе ниобия также становятся популярными в электронной промышленности из-за обилия ниобиевого элемента в природе. В настоящее время требования к энергосбережению для конденсаторов возрастают из-за спроса на маломощные устройства. Поскольку эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) танталовых электролитических конденсаторов относительно низкое, они по-прежнему очень популярны в электронных приложениях, где жизненно важно экономить энергию.

Прочитайте наши другие статьи из нашего блога

RHEOSTAT Overview — Construction and Working Applications 3434. , и используются, когда приложения требуют регулировки тока или различного сопротивления в электрической цепи. Реостаты могут регулировать характеристики генератора, слабое освещение, а также запускать или стабилизировать скорость электродвигателей.

На величину тока, протекающего по электрической цепи, влияют две вещи: величина приложенного напряжения и общее сопротивление этой цепи. Если сопротивление цепи уменьшается, электрический ток, проходящий через цепь, увеличивается. И наоборот, электрический ток ограничивается, если сопротивление цепи увеличивается.

Существует прямая зависимость между длиной провода и сопротивлением цепи. Увеличение длины провода увеличивает сопротивление между ними в цепи. Реостаты позволяют изменять сопротивление, что, в свою очередь, либо увеличивает, либо уменьшает ток в цепи. Необходимость добавлять различные резисторы для различных сопротивлений автоматически исчезает, поскольку один реостат может включать в себя различные сопротивления, необходимые для цепи, в зависимости от его диапазона.

 

Строительство и работа

 

Реостат представляет собой переменный резистор с проволочной обмоткой, который имеет две точки подключения: одна является подвижной, а другая — фиксированной. Подобно потенциометру, некоторые реостаты могут иметь три точки подключения (A, B и C), как показано на рисунке 1, но все равно используются только две из них. В таких случаях имеются две неподвижные точки (А и С), только одна из которых используется, а вторая точка соединения является подвижной (В).

Реостаты также должны выдерживать большие токи по сравнению с потенциометрами. Поэтому реостаты состоят из проволочных резисторов. В основном они изготавливаются путем намотки нихромовой проволоки на керамический сердечник. Такой сердечник ведет себя как изолятор для тепловой энергии и не позволяет ей течь через реостат.

 

 

Рисунок 1. Внутренняя структура реостата (линейная)

 

   

Принципы работы реостата поясняются на рисунке 1. Как упоминалось выше, реостаты работают по принципу, согласно которому сопротивление определенной дорожки или провода зависит от его длины. Предположим, что мы используем фиксированную точку соединения A и подвижную точку соединения B реостата, показанного на рисунке 1. Реостат будет оказывать минимальное сопротивление цепи, если ползунок находится ближе к точке A, поскольку резистивная длина катушки минимум. Следовательно, в этом случае по цепи может протекать большой ток.

Точно так же реостат будет оказывать максимальное сопротивление, если ползунок находится ближе к точке C, так как длина резистивной катушки максимальна. Следовательно, через цепь будет протекать небольшое количество тока, и большая часть тока будет противодействовать реостату.

Теперь предположим, что мы используем фиксированную точку соединения C и подвижную точку соединения B. В этом случае, когда ползунок расположен рядом с точкой C, реостат обеспечивает минимальное сопротивление и максимальный ток, протекающий через цепь. . Точно так же, когда ползунок перемещается близко к точке A, реостат обеспечивает максимальное сопротивление и минимальный ток, протекающий через цепь.

Наконец, важно знать максимальное и минимальное сопротивления, необходимые для вашей цепи. Реостаты имеют максимальное и минимальное сопротивление, поэтому они не могут оказывать сопротивление за пределами своего унаследованного диапазона.

Теперь вам может быть интересно, существует ли высшая точка, до которой сопротивление внутри реостата может быть уменьшено или повышено. Для всех реостатов они имеют номинальное сопротивление, например, если номинал реостата составляет 50 кОм, минимальное сопротивление, которое он будет обеспечивать, равно нулю, а максимальное будет около 50 кОм.

 

Различные приложения

 

Реостаты используются в ситуациях, когда для передачи электроэнергии требуется высокое напряжение. Они либо работают как переменный резистор, либо как делитель потенциала. Пример реостатов, работающих как переменный резистор, есть в диммерах. Вентиляторные диммеры и диммеры света часто используют реостаты для управления изменением скорости и интенсивности света соответственно.

Реостаты используются для изменения интенсивности света при недостаточном освещении. Поток электрического тока через лампочку уменьшается. При увеличении сопротивления реостатов яркость света уменьшается. Точно так же увеличивается поток электрического тока через лампочку. При увеличении сопротивления реостатов яркость света увеличивается.

Когда сопротивление реостата увеличивается, электрический ток через лампочку уменьшается, и свет тускнеет. Этот же процесс замедлит работу потолочного или переносного настенного вентилятора. Радиоприемники оснащены реостатами для регулировки громкости. Скорости двигателя также можно регулировать с помощью реостатов. Их также можно использовать для контроля температуры в духовке, обогревателе или квартире.

Реостаты также работают как делители потенциалов. В мосте Уитстона используется тот же принцип разделения потенциалов. В различных типах резистивных датчиков используется метод деления потенциала, тензометрические датчики, светочувствительные резисторы и термисторы. Реостаты можно использовать для измерения сопротивления датчика через микроконтроллер. Реостаты могут выполнять измерения высокого напряжения, а также точное смещение логического уровня.

Реостаты по-прежнему являются основным и распространенным компонентом для управления разрядом тока в электрической цепи. Однако твердотельные устройства, такие как симисторы и выпрямители с кремниевым управлением (SCR), заняли место реостатов. Реостаты менее эффективны, чем симисторы, и менее надежны из-за наличия механических компонентов.

В основном они используются, когда цепи необходимо настроить или откалибровать. В линиях электропередач высокого напряжения также используются реостаты в качестве делителей потенциала. Низкий ток и высокое напряжение вызывают минимальные потери при передаче электроэнергии. Это помогает снабжать электричеством миллионы домов по всему миру.

 

 

 

Мостовые выпрямители

 

Что такое выпрямитель?

В электронной промышленности одним из самых популярных применений полупроводниковых диодов является преобразование сигнала переменного тока (AC) любой частоты, которая обычно составляет 60 или 50 Гц, в сигнал постоянного тока (DC). Этот сигнал постоянного тока можно использовать для питания электронных устройств, а не батарей. Схема, которая преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, обычно состоит из определенного расположения взаимосвязанных диодов и известна как выпрямитель. В схемах электропитания обычно применяют два типа схем выпрямителей — однополупериодные и двухполупериодные. Однополупериодные выпрямители допускают только половину цикла, тогда как двухполупериодные выпрямители допускают прохождение как верхней, так и нижней половины цикла, при этом нижняя половина преобразуется в ту же полярность, что и верхняя. Эта разница между ними показана на рис. 1.9.0005

Рис. 1. Разница между выходными параметрами однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

 

Двухполупериодный выпрямитель более эффективен, поскольку он использует полный цикл входящего сигнала. Существует два типа двухполупериодных выпрямителей: двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины, для которого требуется трансформатор с отводом от середины, и мостовой выпрямитель, для которого не требуется трансформатор с отводом от середины. В этой статье будет обсуждаться мостовой выпрямитель, так как он наиболее популярен и обычно поставляется в виде предварительно собранных модулей, что упрощает их использование.

 

Мостовые выпрямители используют четыре диода, которые расположены таким образом, чтобы преобразовывать напряжение питания переменного тока в напряжение питания постоянного тока. Выходной сигнал такой схемы всегда имеет одну и ту же полярность независимо от полярности входного сигнала переменного тока. На рис. 2 изображена схема мостового выпрямителя с включенными диодами по мостовой схеме. Сигнал переменного тока подается на входные клеммы a и b, а выход наблюдается через нагрузочный резистор R1.

Рис. 2 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором

 

Давайте посмотрим, как эта схема выпрямителя реагирует на сигнал переменного тока с изменением полярности в каждом периоде:

1. В первом положительном полупериоде сигнала переменного тока диоды D2 и D3 смещаются в прямом направлении и начинают проводить ток. В то же время диоды D1 и D4 будут смещены в обратном направлении и не будут проводить ток. Ток будет течь через нагрузочный резистор через два диода с прямым смещением. Напряжение на выходе будет положительным на клемме d и отрицательным на клемме c.
2. Теперь, во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока, диоды D1 и D4 будут смещены в прямом направлении, а диоды D2 и D3 станут смещенными в обратном направлении. На аноде D4 появится положительное напряжение, а на катоде D1 будет приложено отрицательное напряжение. Здесь стоит отметить, что ток, который будет протекать через нагрузочный резистор, будет иметь то же направление, что и при положительном полупериоде. Поэтому независимо от полярности входного сигнала полярность выходного сигнала всегда будет одинаковой. Мы также можем сказать, что отрицательный полупериод сигнала переменного тока был инвертирован и появляется как положительное напряжение на выходе.

 

Как работает конденсатор в качестве фильтра?

Тем не менее, это выходное напряжение с одной полярностью не является чистым напряжением постоянного тока, так как оно является пульсирующим, а не прямолинейным. Эта проблема быстро решается путем подключения конденсатора параллельно нагрузочному резистору, как показано на рисунке 3. В этой новой конструкции положительный полупериод будет заряжать конденсатор через диоды D2 и D3. А во время отрицательного полупериода конденсатор перестанет заряжаться и начнет разряжаться через нагрузочный резистор.

 

Рис. 3 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором и фильтрующим конденсатором

 

Этот процесс известен как фильтрация, а конденсатор действует как фильтр. Конденсатор улучшил пульсирующий характер выходного напряжения, и теперь оно будет иметь только пульсации. Эта форма волны теперь намного ближе к чистой форме волны напряжения постоянного тока. Форма волны может быть дополнительно улучшена с помощью других типов фильтров, таких как LC-фильтр и секторный фильтр.

 

Типы мостовых выпрямителей

Только что рассмотренный мостовой выпрямитель относится к однофазному типу, однако его можно расширить до трехфазного выпрямителя. Эти два типа можно далее разделить на полностью управляемые, полууправляемые или неуправляемые мостовые выпрямители. Схема, которую мы только что обсуждали, является неуправляемой, поскольку мы не можем контролировать смещение диода, но если все четыре диода заменить тиристором, его смещением можно управлять, контролируя его угол открытия с помощью сигнала затвора.