AKÝ JE ČASOVÝ PRIEBEH STRIEDAVÉHO NAPÄTIA?

Striedavý zdroj je zdroj elektrického napätia, ktoré strieda polaritu s určitou frek-venciou a mení svoju veľkosť podľa funkcie sínus . . .

• Nakreslite časový diagram striedavého napätia. Vysvetlite z priebehu tohto grafu ako sa mení veľkosť a smer elektrického napätia zdroja v elektrickom obvode.
• Vyjadrite vzťah medzi okamžitou hodnotou striedavého napätia a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi uhlovou frekvenciou a frekvenciou striedavého napätia veliči-novou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Napíšte rovnicu pre konkrétny priebeh striedavého napätia s frekvenciou 50 Hz a am-plitúdou napätia 200 V. V čase t = 0 s je u = 0 V.
• Vypočítajte efektívnu hodnotu striedavého napätia a čas, za ktorý sa priebeh striedavé-ho napätia opakuje.
• Vypočítajte okamžité hodnoty striedavého napätia v čase t₁ = 2,5 ms a t₂ = 4,0 ms.

15.2

VIETE, PREČO JE STRIEDAVÝ ELEKTRICKÝ PRÚD "STRIEDAVÝ"?

Striedavý prúd je nútené elektromagnetické kmitanie, ktoré vzniká v elektrickom obvode pripojenom na zdroj striedavého napätia . . .

• Nakreslite časový diagram striedavého prúdu. Vysvetlite z priebehu tohto grafu ako sa mení veľkosť a smer elektrického prúdu v elektrickom obvode so striedavým zdrojom.
• Vyjadrite vzťah medzi okamžitou hodnotou striedavého prúdu a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi uhlovou frekvenciou a frekvenciou striedavého prúdu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Napíšte rovnicu pre konkrétny priebeh striedavého prúdu s frekvenciou 2 MHz a amplitúdou prúdu 100 mA. V čase t = 0 s je i = 0 A.
• Vypočítajte efektívnu hodnotu striedavého prúdu a čas, za ktorý sa priebeh striedavého prúdu opakuje.
• Za aký čas od začiatočného okamihu nadobudne okamžitá hodnota striedavého prúdu veľkosť 25 mA?

15.3

ČÍM SA LÍŠI REÁLNA CIEVKA OD " IDEÁLNEJ "?

Cievka v obvode so striedavým prúdom sa neustále nachádza vo vlastnom nestacionárnom magnetickom poli . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým elektrickým zdrojom, cievkou, vypínačom a spojovacími vodičmi.
• K akému fyzikálnemu javu na cievke dochádza, ak sa cievka nachádza vo vlastnom nestacionárnom magnetickom poli? Ako tento jav vplýva na priebeh prúdu v elektrickom obvode?
• Nakreslite časový a fázorový diagram napätia a prúdu v obvode s cievkou. Vyznačte vo fázorovom diagrame fázový rozdiel medzi napätím a prúdom v obvode.
• Vyjadrite vzťah medzi okamžitými hodnotami napätia a prúdu v obvode s cievkou a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedené rovnice.
• Vyjadrite vzťah medzi odporom cievky v obvode striedavého prúdu, amplitúdou napätia a amplitúdou prúdu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi odporom cievky v obvode striedavého prúdu, jej indukčnosťou a frekvenciou striedavého prúdu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte induktanciu cievky, ak pri napätí s amplitúdou 24 V prechádza cievkou elektrický prúd s amplitúdou 0,5 A.
• Aká je indukčnosť tejto cievky, ak frekvencia striedavého prúdu v obvode je 50 Hz? Odpor vinutia cievky zanedbávame - je cievka reálna? Zdôvodnite.

15.4

TLMIVKA JE TIEŽ CIEVKA, ALE NIE IDEÁLNA

Tlmivka je reálna cievka, ktorá má na rozdiel od ideálnej odpor vinutia, teda induktanciu a aj rezistanciu . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým elektrickým zdrojom a náhradou reálnej cievky tak, aby obsahoval rezistanciu aj induktanciu.
• Vyjadrite vzťah medzi výsledným odporom tohto zapojenia elektrického obvodu, rezistanciou a induktanciou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi fázovým rozdielom medzi výsledným napätím a elektrickým prúdom v omto obvode, jeho induktanciou a rezistanciou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi elektrickým napätím na tlmivke a veľkosťou prúdu, ktorý ňou prechádza v obvode jednosmerného prúdu, veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte odpor vinutia tlmivky, ktorú keď pripojíme k zdroju jednosmerného napätia 4 V, prechádza ňou elektrický prúd 0,5 A.
• Vypočítajte odpor, ktorý kladie táto tlmivka striedavému prúdu, ak v obvode striedavého prúdu s amplitúdou napätia 9 V prechádza cievkou prúd s amplitúdou 180 mA. Frekvencia striedavého napätia je 50 Hz.
• Vypočítajte indukčnosť tejto tlmivky a fázový rozdiel medzi napätím a prúdom v obvode tohto striedavého prúdu.
• Nakreslite fázorový diagram tohto elektrického obvodu.

15.5

AKO SA SPRÁVA KONDENZÁTOR V OBVODE STRIEDAVÉHO PRÚDU?

Keď kondenzátor pripojíme k zdroju striedavého napätia, periodicky sa nabíja a vybíja . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým elektrickým zdrojom, kondenzátorom, vypínačom a spojovacími vodičmi.
• Vysvetlite, prečo dochádza v obvode k fázovému posunutiu medzi napätím a prúdom.
• Vyjadrite vzťahy medzi okamžitými hodnotami striedavého napätia a prúdu v obvode s kondenzátorom a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Nakreslite časový a fázorový diagram napätia a prúdu v obvode s kondenzátorom. Vyznačte vo fázorovom diagrame fázový rozdiel medzi napätím a prúdom v obvode.
• Vyjadrite vzťah medzi odporom kondenzátora v obvode striedavého prúdu, jeho kapacitou a frekvenciou striedavého prúdu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi kapacitanciou kondenzátora, efektívnym napätím a efektívnym prúdom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte odpor, ktorý kladie kondenzátor striedavému prúdu v obvode s efektívnym napätím 220 V, ak ním prechádza prúd s efektívnou hodnotou 2,5 A.
• Vypočítajte kapacitu tohto kondenzátora, ak frekvencia striedavého napätia v obvode je 50 Hz.

15.6

RLC V SÉRII A VÝPOČTY SÚ ZLOŽITEJŠIE

Pri zapojení rezistora, cievky a kondenzátora v obvode striedavého prúdu je výpočet výsledného odporu zložitejší . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým elektrickým zdrojom, rezistorom, cievkou a kondenzátorom v sérii.
• Nakreslite fázorový diagram napätia a prúdu v obvode s RLC v sérii. Vyznačte vo fázorovom diagrame fázový rozdiel medzi výsledným napätím a prúdom v obvode.
• Vyjadrite vzťah medzi fázovým posunom medzi výsledným napätím a prúdom v obvode a jeho parametrami - rezistanciou, indukčnosťou a kapacitou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi impedanciou obvodu a jeho parametrami - rezistanciou, indukčnosťou a kapacitou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte výsledný odpor obvodu, kde sú sériovo zapojené rezistor s odporom 10 cievka s indukčnosťou 50 mH a kondenzátor s kapacitou 2 mF, ak tento obvod je pripojený na zdroj striedavého napätia s amplitúdou 100 V a frekvenciou 50 Hz.
• Vypočítajte fázový rozdiel medzi napätím a prúdom v tomto obvode.
• Napíšte rovnice pre okamžité hodnoty napätia a prúdu v obvode.

15.7

ČO VŠETKO JE MOŽNÉ ZISTIŤ Z FÁZOROVÉHO DIAGRAMU?

Fázorový diagram využíva súvislosť harmonického deja s pohybom rovnomerným po kružnici . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým elektrickým zdrojom, rezistorom, cievkou a kondenzátorom v sérii.
• Vyjadrite vzťah medzi amplitúdou napätia, amplitúdou prúdu na jednotlivých prvkoch obvodu a parametrami týchto prvkov - rezistancia, induktancia a kapacitancia veličinovými rovnicami. Popíšte a vysvetlite uvedené rovnice.
• Vypočítajte amplitúdy napätí na jednotlivých prvkoch obvodu ak X_C = 0,5X_L = R =1 a obvodom prechádza elektrický prúd s amplitúdou 1 A.
• Narysujte fázorový diagram tohto obvodu (zvoľte vhodnú mierku).
• Vyznačte vo fázorovom diagrame fázový rozdiel medzi napätím a prúdom v obvode.
• Vyjadrite vzťah medzi fázovým rozdielom medzi napätím a prúdom v obvode a jeho parametrami - rezistanciou, induktanciou a kapacitanciou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte fázový rozdiel medzi napätím a prúdom v obvode, ak frekvencia striedavého prúdu je 50 Hz.

15.8

AKO VPLÝVA VYBERANIE JADRA CIEVKY NA SVIETIVOSŤ ŽIAROVKY?

Cievka v obvode striedavého prúdu môže byť s jadrom i bez jadra . . .

• Vyjadrite vzťah medzi induktanciou cievky a jej indukčnosťou cievky veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vybraním jadra cievky sa mení jej indukčnosť. Ako vplýva vybranie jadra cievky na jej induktanciu? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vyjadrite vzťah medzi impedanciou obvodu a jeho parametrami - rezistanciou, indukčnosťou a kapacitou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• V obvode striedavého prúdu s frekvenciou 400 Hz je sériovo zapojená žiarovka, kondenzátor s kapacitou 20 F a cievka, ktorá má s jadrom indukčnosť 1 H. Vypočítajte impedanciu tohto obvodu.
• Ak jadro z cievky vyberieme, bude jej indukčnosť 0,1 H. Vypočítajte odpor obvodu s cievkou bez jadra.
• Ako sa bude meniť svietivosť žiarovky pri vyberaní jadra z cievky? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

15.9

AK JE RLC OBVOD V REZONANCII DEJÚ SA " DIVNÉ " VECI

Ak sa frekvencia striedavého prúdu zhoduje s frekvenciou vlastného kmitania ob- vodu je obvod v rezonancii . . .

• Aké hodnoty dosahuje amplitúda prúdu v obvode s RLC v sérii v rezonancii?
• Vyjadrite vzťah medzi impedanciou obvodu s RLC v sérii a jeho parametrami - rezistanciou, indukčnosťou a kapacitou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Aké hodnoty dosahuje impedancia obvodu, keď je obvod v rezonancii? Porovnajte v tomto prípade induktanciu a kapacitanciu obvodu. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi impedanciou obvodu a frekvenciou striedavého zdroja grafom (načrtnúť). Vysvetlite uvedený priebeh grafickej závislosti.
• Do obvodu striedavého prúdu s frekvenciou 400 Hz je zaradená cievka s indukčnosťou 0,1 H. Aká musí byť kapacita kondenzátora pripojeného do obvodu, aby nastala rezonancia?

15.10

VÝKON STRIEDAVÉHO PRÚDU NEZÁVISÍ LEN OD VEĽKOSTI NAPÄTIA A PRÚDU

Jednofázový elektromotor má účinnosť 90% . . .

• Vyjadrite vzťah medzi výkonom striedavého prúdu, efektívnou hodnotou striedavého napätia, efektívnou hodnotou striedavého prúdu a fázovým posunom medzi napätím a prúdom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Z predchádzajúcej rovnice uveďte, ako vplýva na výkon striedavého prúdu fázový posun medzi napätím a prúdom v obvode.
• V obvode striedavého prúdu sa nachádza jednofázový elektromotor. Porovnajte výkon striedavého prúdu v obvode s príkonom elektromotora. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou premeny energie, príkonom elektromotora a jeho výkonom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte výkon jednofázového elektromotora, ktorý pri napätí 220 V odoberá prúd 9,3 A a účinník je 0,8.

späť