Elekromagnēiskās svārsības un viļņi Par brīvām svārsībām sauc svārsības, kas norisinās svārsību sisēmā, ja ā nav pakļaua periodiskai ārējai iedarbībai. Tāad svārsības noiek ikai uz ās enerģijas rēķina, ko piešķir svarsību sisēmai, izvirzo o no līdzsvara sāvokļa. Vienkāršākā sisēma, kurā var noik brīvas elekriskās svārsības, ir svārsību konūrs. Svārsību konūrs ir elekriskā ķēde, kas sasāv no virknē savienoiem kondensaora un spoles. Kondensaora elekriskā lauka enerģija We un spoles magēiskā lauka enerģija Wm izsakāmas šādi: We q C Wm LI [We]J (džouls) kondensaora elekriskā lauka enerģija [Wm]J (džouls) magnēiska lauka enerģija [q]c (kulons) elekriskais lādiņš L - spole [I]A (ampērs) srāvas sipruma vērība C kondensaors [L]H (henrijs) indukiviāe [C]F (farads) konūra kapaciāe Srāvai palielinoies, uzlādēā kondensaora elekriskā lauka enerģija samazinās, be spoles magnēiskā lauka enerģija palielinās. Kad kondensaors izlādējies, srāva spolē ir sasniegusi maksimālo vērību, urklā kondensaora elekriskā lauka enerģija ir pārgājusi spoles magnēiskā lauka enerģijā Wm. Periods un frekvence Svārsību konūrā noiekošie procesi akārojas jeb ie ir periodiski. Šādu procesu raksuro svārsību periods un frekvence. Periods (T) mazākais laika inervāls, kurā svārsību sisēma agriežas sākumsāvoklī. Frekvence (ν) pilnais svārsību skais par vienā laika vienībā. Svārsību frekvence ir periodam apgriezais lielums. T ν T [T]s (sekunde) periods [ν]hz (hercs) frekvence []s (sekunde) laika inervāls N svārsības skais Tomsona formula Brīvo elekrisko svārsību periods ir akarīgs no svārsību konūra kapaciāes C un indukiviāes L. Tπ LC ν T LC [T]s (sekunde) periods [ν]hz (hercs) frekvence T N ν N
[L]H (henrijs) indukiviāe [C]F (farads) konūra kapaciāe π 3,4 Maiņsrāva Par maiņsrāvu sauc srāvu, kura laikā mainās. Maiņsrāvas raksurošanai lieo srāvas sipruma un sprieguma maksimālās vērības un efekīvās vērības (ar ampērmeru un volmeru mēra efekīvās vērības). Sakarība sarp viņiem ir šāda: Imax I Umax U [I, Imax]A (ampērs) srāvas sipruma efekīva un maksimāla vērība [U, Umax]V (vols) srāvas sprieguma efekīva un maksimāla vērība Maiņsrāvas ķēdē izšķir akīvo preesību un reakīvo preesību. (Paērēājus, kas pilnīgi elekroenerģiju pārvērš mehāniskajā vai siluma enerģijā, sauc par akīvo slodzi, o preesību par akīvo preesību. Paērēājus, kuros noiek ikai periodiska enerģijas apmaiņa sarp ģeneraoru un ķēdi, be nenoiek neagriezeniska enerģijas pārvēršanās cia veida enerģijā, sauc par reakīvo slodzi, o preesību par reakīvo.) Reakīvā preesība var bū gan indukīva, gan kapaciīva. XLωLπν L XC, kur ωπν C C [XL]Ω (oms) indukīva preesība (rada spole) [XC]Ω (oms) kapaciīva preesība (rada kondensaors) [ω]s (sekunde) cikliskā frekvence (svārsību skais π sekundēs) Oma likums maiņsrāvas ķēdei Reālai maiņsrāvas ķēdei vienlaikus piemī gan akīvā preesība R (pievadiem, sildspirālēm, kvēldiegiem), gan indukīvā XL (dzinēju un ģeneraoru inumiem, spolēm), gan arī kapaciīvā preesība XC (kondensaoriem un vadīāju sisēmām). shēmā: R rezisors L spole C kondensaors Z R ( X L X C ) U I Z I [Z]Ω (oms) pilna preesība [R]Ω (oms) ķēdes akīvā preesība (rada rezisors) [XL]Ω (oms) indukīva preesība (rada spole) [XC]Ω (oms) kapaciīva preesība (rada kondensaors) [U]V (vols) srāvas spriegums [I]A (ampērs) srāvas siprums R ( X L X C )
Maiņsrāvas jauda Jauda raksuro elekriskā lauka spēku veiko darbu laika vienībā. P A qu I U [P]W (vas) jauda [A]J (džouls) darbs []s (sekunde) laika inervāls [q]c (kulons) elekriskais lādiņš [U]V (vols) srāvas spriegums [I]A (ampērs) srāvas siprums q I Jaudas koeficiens Maiņsrāvas ķēdē izšķir akīvo jaudu P, reakīvo jaudu Q un pilno jaudu S. Akīvo jaudu aprēķina pēc formulas: P IU cos φ Reakīvā jauda raksuro enerģijas apmaiņas ārumu sarp ģeneraoru un ķēdi, un o aprēķina pēc formulas: Q IU sin φ Sprieguma un srāvas sipruma efekīvo vērību reizinājumu sauc par pilno jaudu. Ķēdes pilno jaudu pēc formulas: S IU Sakarība sarp akīvo jaudu, reakīvo jaudu un pilno ir šāda: S P Q [P]W (vas) akīvā jauda [Q]var (reakīvais volampērs) reakīvā jauda [S]VA (volampērs) pilna jauda cos φ jaudas koeficiens Jaudas koeficiens rāda, kāda daļa pievadīās elekroenerģijas pārvēršas mehāniskajā enerģijā un siluma enerģijā. cos φ P S Jaudas koeficienam jābū pēc iespējas uvu, jo zems jaudas koeficiens neļauj pilnīgi izmano ģeneraora nominālo jaudu un izraisa enerģijas zudumu palielināšanos vados. Ģeneraori un ransformaori Mūsdienās elekroenerģiju izmano visdažādākajās dzīves jomās rūpniecībā, lauksaimniecībā, medicīnā, ransporā u.c. Liela nozīme ir am, ka elekroenerģiju ar nelieliem zudumiem iespējams pārvadī lielos aālumos, urklā bez vides piesārņošanas. Elekroenerģiju var viegli pārvērs cia veida enerģijā mehāniskajā enerģijā (elekrodzinēji), siluma enerģijā (elekriskās sildierīces), gaismas enerģijā (spuldzes, gāzizlādes caurules) u.c.
Elekrisko srāvu ražo ģeneraori. Ģeneraors ir ierīce, kas izraudzīā veida enerģiju pārveido elekriskajā enerģijā. Ģeneraori ir galvaniskie elemeni, elekrosaiskās mašīnas, Saules baerijas u.c. Praksē visvairāk izmano elekromehāniskos maiņsrāvas ģeneraorus. Šajos ģeneraoros mehāniskā enerģija pārvēršas elekriskajā enerģijā. Transformaors ir elekriskā mašīna, kura pārveido (maina) maiņsrāvas spriegumu un srāvas siprumu. Elekroenerģijas problēma: pa ceļam no elekrosacijās līdz paērēājiem enerģija zud: daļa no enerģijas silda vadus: daļa ie preesības pārvarēšanai. Problēmu arisināšana: ) pārvadāmai enerģijai paaugsina spriegumu U; ) samazinā srāvas siprumu I; 3) samazinā vadu īpanējo preesību ρ. Uzdevumi ) Spole, kurai ir preesība 500Ω, pievienoa pie sprieguma avoa, kuram ir frekvence 000 Hz un spriegums 00V. Aprēķinā srāvas siprumu maksimālo vērību un indukiviāe L. X XLπν L L L 500 0,08 H 3,4 000 U Imax I 0,8 A X L ) Ķēdē ar frekvence ν 500 Hz pievienoa spole ar indukiviāe 0 mh. Kāda kapaciāe ir vajadzīga kondensaoram. ν LC 4 9,86 50000 0 C 4 L 500 3 4 3,4 0 0 39,44 5 0 985,96 0 0,00 0-0 -5 F 3) Kondensaoram ir lādiņš 0-5 C, kapaciāe ir 0,0μF. Kāda enerģija izdalīsies? 5 0 q (0 ) 0 W 0,5 0-5 0-3 J C 6 8 0,0 0 0
4) Svārsību konūrs sasāv no spoles (L0,003 H) un kondensaora (C3,4pF). Aras svārsību periodu. pēc Tomsona formulas: T π 3,4 3 0 LC 3,4 0 6,8 40, 0 6,8 6,34 0 3 5 4 7 7 39,80 0,,590,6 0-6 s 5) Cik svārsību 5 minūēs izdarīs šūpoles, ja svārsību periods ir 3 s? Cik liela svārsību frekvence? 300 N 00 ν 0,33 Hz T 3 T 3 6) Ķēdē ir pieslēgs reosas (preesība ir 0Ω), spole (preesība ir 60Ω), kondensaors (preesība ir 50Ω). Spriegums ķēdē ir 00V. Aprēķinā kopējo preesību un spriegumus reosaā, spolē, kondensaorā. Z I U Z R ( X L X C ) 0 (60 50) 400 00 500 00,36 4,47 A URI R 4,47 0 89,4 V ULI XL 4,47 60 68,3 V UCI XC 4,47 50 3,6 V 0,36 Ω 7) Kā mainās periods svārsību konūrā, ja spoles indukiviāi palielina reizes un spoles kapaciāi palielina 8 reizes? T π L 8C 6 LC 4 LC T 4 reizes (palielinās) 8) Cik svārsību 0 minūes izdarīs ķermenis, ja ā svārsību frekvence 3 Hz? ν N N ν 3 600 800 9) Srāvas jauda ir 50 mw, srāvas spriegums 0 V. Aprēķinā elekrisko lādiņu, kas izplūs s laikā. q U P 0,05 P 4,54 0 4 C U 0 q Konroldarbs.varians..klase () (). Izvēlēies pareizo abildi (ir ikai viena pareiza abilde): o Kā mainās periods svārsību konūrā, kas sasāv no spoles un kondensaora, ja spoles indukiviāi samazina reizes, be kondensaora kapaciāi nemaina?
A. samazinās reizes; B. samazinās 4 reizes; C. samazinās reizes; D. palielinās reizes. (). Auklā iekāras lodīes svārsību periods, s. Cik liela ir svārsību frekvence, un cik svārsību lodīe izdara minūē? 3(). Cik svārsību 3 minūēs izdarīs šūpoles, ja o svārsību frekvence,5 Hz? Cik liels ir šūpoļu svārsību periods? 4(3). Aprēķinā konūra pašsvārsību periodu, ja kondensaora kapaciāe 500 pf un spoles indukiviāe 0,0 mh. 5(). Pie maiņsrāvas īkla, kura efekīvais spriegums 0 V, pieslēgs reosas. Aprēķinā srāvas sipruma efekīvo un maksimālo vērību, kas plūs caur reosau, ja ā preesība 50 Ω. 6(). 0 V un 50 Hz maiņsrāvas avoam pieslēga spole, kuras indukiviāe 0,5 H. Cik liela ir spoles indukīvā preesība? Cik sipra srāva plūs spolē? 7(3). 0 V maiņsrāvas avoam pieslēgs kondensaors, kura kapaciāe 0 μf. Caur kondensaoru plūs,375 A sipra srāva. Aprēķinā maiņsrāvas frekvenci.