ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Řízené LRC Obvody

Podobné dokumenty
ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Příklady: 28. Obvody. 16. prosince 2008 FI FSI VUT v Brn 1

Přehled veličin elektrických obvodů

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Posuvný proud a Poyntingův vektor

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

Fázorové diagramy pro ideální rezistor, skutečná cívka, ideální cívka, skutečný kondenzátor, ideální kondenzátor.

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Faradayův zákon

ITO. Semestrální projekt. Fakulta Informačních Technologií

Harmonický průběh napětí a proudu v obvodu

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

Vznik střídavého proudu Obvod střídavého proudu Výkon Střídavý proud v energetice

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

Základní elektronické obvody

ÚLOHY Z ELEKTŘINY A MAGNETIZMU SADA 12

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Harmonické oscilátory

Základní pasivní a aktivní obvodové prvky

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Cvičení 11. B1B14ZEL1 / Základy elektrotechnického inženýrství

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_01_Děliče napětí frekvenčně nezávislé Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

Pracovní list žáka (SŠ)

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

Digitální učební materiál

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Obvodové prvky a jejich

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

Rezonance v obvodu RLC

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

9.7. Vybrané aplikace

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

Elektromechanický oscilátor

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

FYZIKA. Rezonance v učivu o střídavých proudech

Základní vztahy v elektrických

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

(test version, not revised) 9. prosince 2009

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze

Hlavní body - elektromagnetismus

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Elektromagnetický oscilátor

Kapacita, indukčnost; kapacitor-kondenzátor, induktor-cívka

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Magnetická síla a moment sil

2. Stanovte hodnoty aperiodizačních odporů pro dané kapacity (0,5; 1,0; 2,0; 5,0 µf). I v tomto případě stanovte velikost indukčnosti L.

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

Elektromagnetická indukce

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vznik a vlastnosti střídavých proudů

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

ÚLOHA Závaží pružin kmitá harmonicky amplituda = 2 cm, doba kmitu = 0,5 s. = 0 s rovnovážnou polohou vzh ru. Úkoly l :

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Laboratorní cvičení č.11

Fyzikální praktikum...

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Rezonanční obvod jako zdroj volné energie

1 U. 33. Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose.

FYZIKA 3. ROČNÍK. Vlastní kmitání oscilátoru. Kmitavý pohyb. Kinematika kmitavého pohybu. y m

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

FYZIKA 2. ROČNÍK. Příklady na obvody střídavého proudu. A1. Určete induktanci cívky o indukčnosti 500 mh v obvodu střídavého proudu o frekvenci 50 Hz.

4.7.1 Třífázová soustava střídavého napětí

Elektrotechnická zapojení

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_351

Název: Téma: Autor: Číslo: Prosinec Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Téma 1: Elektrostatika I - Elektrický náboj Kapitola 22, str

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Fyzikální praktikum II - úloha č. 5

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

Okruhy, pojmy a průvodce přípravou na semestrální zkoušku v otázkách. Mechanika

Kirchhoffovy zákony

Přechodné děje 2. řádu v časové oblasti

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Unipolární tranzistor aplikace

Obvod střídavého proudu s kapacitou

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

Mějme obvod podle obrázku. Jaké napětí bude v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi uzly 1 a 2? Jaké mezi uzly 2 a 3?

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

=2πf. i(t)=im.sin(ωt)

Transkript:

ELEKTŘNA A MAGNETZMUS Řešené úlohy a postupy: Řízené L Obvody Peter Dourmashkin MT 6, překlad: Jan Pacák (7) Obsah 9. ŘÍZENÉ L OBODY 3 9. ÚKOLY 3 9. OBENÉ LASTNOST ŘÍZENÝH L OBODŮ 3 ÚLOHA : ŘÍZENÉ OSLAE EZSTOU 3 OTÁZKA : AMPLTUDA A FÁZE POUDU 4 OTÁZKA : KAPATA A NDUKČNOST 4 OTÁZKA 3: ÝKON EZSTOU 4 ŘEŠENÍ ÚLOHY : ŘÍZENÉ OSLAE EZSTOU 4 OTÁZKA : AMPLTUDA A FÁZE POUDU 4 OTÁZKA : KAPATA A NDUKČNOST 4 OTÁZKA 3: ÝKON EZSTOU 4 ÚLOHA : ŘÍZENÉ OSLAE ÍKY 4 OTÁZKA : AMPLTUDA A FÁZE POUDU 4 OTÁZKA : ODPO A KAPATA 4 OTÁZKA 3: ÝKON ÍKY 5 ŘEŠENÍ ÚLOHY : ŘÍZENÉ OSLAE ÍKY 5 OTÁZKA : AMPLTUDA A FÁZE POUDU 5 OTÁZKA : ODPO A KAPATA 5 OTÁZKA 3: ÝKON ÍKY 5

ÚLOHA 3: ŘÍZENÉ OSLAE KONDENZÁTOU 5 OTÁZKA : AMPLTUDA A FÁZE POUDU 5 OTÁZKA : ÝKON KONDENZÁTOU 5 ŘEŠENÍ ÚLOHY 3: ŘÍZENÉ OSLAE KONDENZÁTOU 6 OTÁZKA : AMPLTUDA A FÁZE POUDU 6 OTÁZKA : ÝKON KONDENZÁTOU 6 ÚLOHA 4: ČENÁ SKŘÍŇKA 6 OTÁZKA : POUD 6 OTÁZKA : ČENÁ SKŘÍŇKA 6 OTÁZKA 3: ODPO 6 OTÁZKA 4: KAPATA NEBO NDUKE 6 ŘEŠENÍ ÚLOHY 4: ČENÁ SKŘÍŇKA 6 OTÁZKA : POUD 6 OTÁZKA : ČENÁ SKŘÍŇKA 6 OTÁZKA 3: ODPO 6 OTÁZKA 4: KAPATA NEBO NDUKE 7 ÚLOHA 5: ČENÁ SKŘÍŇKA 7 OTÁZKA : ČENÁ SKŘÍŇKA 7 OTÁZKA : KAPATA A NDUKČNOST 7 OTÁZKA 3: ÝKON 7 ŘEŠENÍ ÚLOHY 4: ČENÁ SKŘÍŇKA 7 OTÁZKA : ČENÁ SKŘÍŇKA 7 OTÁZKA : KAPATA A NDUKČNOST 7 OTÁZKA 3: ÝKON 8 ÚLOHA 6: L OBOD 8 OTÁZKA : KHHOFFŮ ZÁKON 8 OTÁZKA : POUDY OKAMŽKU ZAPNUTÍ SPÍNAČE 8 OTÁZKA 3: POUDY DLOUHÉM ČASOÉM MĚŘÍTKU 8 OTÁZKA 4: NÁBOJ 8 OTÁZKA 5: OZPOJENÝ SPÍNAČ 9 ŘEŠENÍ ÚLOHY 6: L OBOD 9 OTÁZKA : KHHOFFŮ ZÁKON 9 OTÁZKA : POUDY OKAMŽKU ZAPNUTÍ SPÍNAČE 9 OTÁZKA 3: POUDY DLOUHÉM ČASOÉM MĚŘÍTKU 9 OTÁZKA 4: NÁBOJ 9 OTÁZKA 5: OZPOJENÝ SPÍNAČ 9

9. Řízené L Obvody 9. Úkoly (a) Zjistěte vztah mezi proudem a řídícím elektromotorickým napětím na třech obvodech, kde budou postupně zapojeny pouze rezistor, kondenzátor nebo cívka. (b) Zjistěte tyto vztahy pro obvody, kde jsou rezistor, kondenzátor i cívka zapojeny najednou, a vyřešte dva vzorové příklady. 9. Obecné vlastnosti řízených L obvodů L obvod je analogií z mechaniky k pružině a závaží. ozlišujeme mezi dvěma druhy chování těchto obvodů. U prvního zapojení sledujeme volné oscilace, tedy obvod nějakým způsobem vyvedeme z rovnovážné polohy (např. nabijeme kondenzátor) a sledujeme vlastní oscilace obvodu. Druhý příklad představuje L obvody, kdy oscilace řídíme vnějším zdrojem elektromotorického napětí s danou amplitudou a frekvencí. Pokud je časový průběh napětí zdroje t () = sinωt, kde ω je úhlová frekvence zdroje a je amplituda zdroje, řízená odpověď bude časová závislost proudu kde ( ω φ ) t () = sin t, ωl =, tanφ = ω. + ωl ω (9.) šimněte si, že proud zachovává řídící frekvenci zdroje, nezachovává se tedy vlastní frekvence obvodu. Obvodem však bude téci nejvyšší proud (obvod dává nejlepší odezvu), pokud řídící frekvence je vlastní frekvencí zapojení, tzn. ω =. Můžeme také spočítat L průměrný příkon spotřebovaný zapojením zprůměrováním součinu () t() t Pt () = t () () t = cos φ. (9.) Úloha : Řízené oscilace rezistoru Začneme obvodem složeným pouze ze zdroje a rezistoru. Schéma zapojení je na obrázku vpravo. Z Kirchhoffova zákona můžeme obvod popsat rovnicí: () t () t =. 3

Otázka : Amplituda a fáze proudu Jaká je amplituda a fáze proudu rezistorem, pokud jej zapíšeme () t sin( ω t φ ) Otázka : Kapacita a indukčnost =? Jaká kapacita a indukčnost charakterizují odpor (např. tak, abychom mohli dosadit do rovnice 9.)? Otázka 3: ýkon rezistoru Jaký průměrný výkon P () t = () t () t je disipován na rezistoru? Střední hodnota sin ω t =. Řešení úlohy : Řízené oscilace rezistoru Otázka : Amplituda a fáze proudu Otázka : Kapacita a indukčnost Otázka 3: ýkon rezistoru Úloha : Řízené oscilace cívky =, φ =. L=, =. P() t = () t () t = sin ω t =. Mějme nyní obvod složený pouze ze zdroje napětí t () = sinω ta cívky. Schéma zapojení je na obrázku vpravo. Z Kirchhoffova zákona můžeme obvod popsat rovnicí: d L L dt () t =. Otázka : Amplituda a fáze proudu yřešte danou diferenciální rovnici a zapište proud jako funkci času L() t L sin( ω t φ ) Jaká bude amplituda a fáze proudu? Použijte trigonometrickou identitu sin( ωt φ ) =. = = sinωtcosφ sinφcosωt. Otázka : Odpor a kapacita Jaký odpor a kapacita charakterizují cívku (např. tak, abychom mohli dosadit do rovnice 9.)? 4

Otázka 3: ýkon cívky Jaký průměrný výkon P () t = () t () t je disipován na cívce? Střední hodnota L L L sinωtcosω t je sinωtcosω t =. Řešení úlohy : Řízené oscilace cívky Otázka : Amplituda a fáze proudu L π =, φ =. ωl Otázka : Odpor a kapacita =, =. Otázka 3: ýkon cívky PL() t = L() t L() t = sinωtcosωt =. ωl Úloha 3: Řízené oscilace kondenzátoru Mějme nyní obvod složený pouze z kondenzátoru a zdroje napětí t () = sinωt. Schéma zapojení je na obrázku. Z Kirchhoffova zákona můžeme obvod popsat rovnicí: Q t (). = Pokud rovnici jednou derivujeme podle času, dostaneme d t () = cos t =. dt ω ω Otázka : Amplituda a fáze proudu yřešte danou diferenciální rovnici a zapište proud jako funkci času () t sin( ωt φ ) Jaká bude amplituda a fáze proudu? Použijte trigonometrickou identitu sin( ωt φ ) = sinωtcosφ sinφcosωt. Otázka : ýkon kondenzátoru =. = Jaký průměrný výkon P () t = () t () t je disipován na cívce? Střední hodnota sinωtcosω t =. 5

Řešení úlohy 3: Řízené oscilace kondenzátoru Otázka : Amplituda a fáze proudu Otázka : ýkon kondenzátoru, π = ω φ =. P () t = () t () t = ω sinωtcosωt =. Úloha 4: Černá skříňka Mějme zapojení podle obrázku složené ze zdroje střídavého elektromotorického napětí o časové závislosti E() t = E sinω t, rezistoru o odporu a černé skříňky, která obsahuje buď kondenzátor, nebo cívku, obě součástky však ve skříňce nemohou být najednou. Amplituda řídícího elektromotorického napětí je E = a úhlová frekvence zdroje je ω = rad/s. Změřili jsme proud, který tekl zapojením, jeho průběh jako funkce času je t ( ) = ( A)sin( ω t+ π /4). (Poznámka: ( π ) π /4 rad=45, tan /4 =+.) Otázka : Proud Předbíhá, nebo je proud opožděn za řídícím napětím? Otázka : Černá skříňka Je v černé skříňce kondenzátor nebo cívka? Otázka 3: Odpor Jaká je hodnota odporu? Otázka 4: Kapacita nebo indukce Jaká je kapacita nebo indukce L součástky v černé skříňce? Řešení úlohy 4: Černá skříňka Otázka : Proud Proud předbíhá řídící napětí. Otázka : Černá skříňka černé skříňce musí být kondenzátor, protože proud předbíhá napětí. Otázka 3: Odpor Z rovnice 9. získáme 6

π X tanφ = tan = = X =, 4 E E = = = Ω. Otázka 4: Kapacita nebo indukce + X e skříňce je zapojen kondenzátor, jeho kapacita je = = F= mf. ω Úloha 5: Černá skříňka Mějme zapojení podle obrázku složené ze zdroje střídavého elektromotorického napětí o časové závislosti E() t = E sinωt, rezistoru o odporu = 3 Ω a černé skříňky, která obsahuje kondenzátor, cívku, nebo obě součástky najednou. Amplituda řídícího elektromotorického napětí je E = 6. Pokud je úhlová frekvence zdroje ω = rad/s je proud přesně ve fázi s napětím na zdroji, pokuj úhlová frekvence je však ω = rad/s je fázový rozdíl mezi proudem a napětím π /4radiánů. Otázka : Černá skříňka Je v černé skříňce kondenzátor, cívka, nebo obě součástky najednou? Předbíhá, nebo je proud opožděn za řídícím napětím? Otázka : Kapacita a indukčnost Jaká je kapacita, nebo indukčnost, případně obě tyto hodnoty součástky(tek) v černé skříňce? Nezapomeňte na jednotky. K řešení této úlohy byste neměli potřebovat kalkulátor, vše se dá vyjádřit v jednoduchých zlomcích. Otázka 3: ýkon Jaký je průměrný výkon disipovaný v zapojení při úhlové frekvenci ω? Řešení úlohy 4: Černá skříňka Otázka : Černá skříňka Černá skříňka musí obsahovat obě tyto součástky tak, aby mohl být proud ve fázi s napětím. Otázka : Kapacita a indukčnost yjdeme z rovnice 9., pro ω : tanφ = tan = = ω L / L=. ω ω 7

ovnice 9. pro ω : ω L π ω ω ω tanφ = tan = = = = =,5 F. 4 Otázka 3: ýkon ω ω ω ω L = = H. ω Obvod je v rezonanci, výkon je disipován pouze na rezistoru Úloha 6: L obvod P = E 6W. = Zapojení složené ze zdroje elektromotorického napětí, cívky L, kondenzátoru a dvou rezistorů, oba mají odpor, viz obrázek dole. Kondenzátor je vybitý, obvodem nikde neteče proud. Spínač S byl sepnut, jak je zobrazeno na obrázku. Otázka : Kirchhoffův zákon Použijte Kirchhoffův smyčkový zákon pro cívku a zapište součet potenciálů pro vnější smyčku zapojení (tu s cívkou a baterií). Otázka : Proudy v okamžiku zapnutí spínače Určete velikost proudů, a 3 v okamžiku zapnutí spínače. Předpokládejte, že levá smyčka má nulovou indukčnost. Nemusíte řešit diferenciální rovnici tak, abyste byli schopni odpovědět na tuto otázku. Otázka 3: Proudy v dlouhém časovém měřítku Určete velikost proudů, a 3 v dostatečně dlouhém čase. Nemusíte řešit diferenciální rovnici tak, abyste byli schopni odpovědět na tuto otázku. Otázka 4: Náboj Jak velký náboj je na kondenzátoru v dostatečně dlouhém čase? Nemusíte řešit diferenciální rovnici tak, abyste byli schopni odpovědět na tuto otázku. 8

Otázka 5: ozpojený spínač Jak velké budou proudy v obvodu v okamžiku rozpojení spínače? Předpokládejte, že levá smyčka má nulovou indukčnost. Řešení úlohy 6: L obvod Otázka : Kirchhoffův zákon d L = dt 3 3. Otázka : Proudy v okamžiku zapnutí spínače Kondenzátor zkratuje rezistor i cívku a tak 3 =, = =. Otázka 3: Proudy v dlouhém časovém měřítku dostatečně dlouhém čase je kondenzátor nabitý, neprochází jím tedy žádný proud =, = 3 =. Otázka 4: Náboj dostatečně dlouhém čase se cívka chová jako vodič, kondenzátor se již nenabíjí a náboj na deskách kondenzátoru odpovídá potenciálu na rezistoru je tedy Otázka 5: ozpojený spínač Q= = = = 3. ezistorem vlevo neteče žádný proud (spínač je rozpojen), cívka se chová jako drát a na kondenzátoru je stejné napětí, jako bylo před otevřením spínače, tedy =, 3 = =. 9