Kontrolní otázky13 Flashcards
(10 cards)
Jak chápete termín střídavé elektrické obvody?
V rámci přednášky Fyziky I jsme probírali tzv. stejnosměrné obvody. Jednalo se o elektrické obvody složené především z vodičů a rezistorů, které byly připojeny k určitému počtu zdrojů elektromotorického napětí. Tyto zdroje dávaly konstantní elektrické napětí. Jako střídavé obvody označujeme obvody, kde již zdroje elektromotorického napětí nemají konstantní hodnotu napětí, ale jeho časová závislost není úplně náhodná. Může být popsána např. harmonickou funkcí.
Dovedete popsat nějaký způsob generování střídavého (harmonického) elektromotorického napětí?
Mezi nejběžnější způsoby generování napětí harmonickém napětí patří rovnoměrná rotace vodivé smyčky ve vnějším homogenním konstantním magnetickém poli. Tento způsob patří mezi nejjednodušší modely na pochopení daného jevu, ale není snadno technicky realizovatelný. V běžné praxi (elektrárny) je střídavé harmonické napětí generováno pomocí rotujícího magnetu v okolí elektrických smyček. V generátorech není umístěna jen jedna smyčka, ale standardně tam jsou rovnoměrně umístěny smyčky tři. Nacházejí se po obvodu kružnice, kterou opisuje rotující magnet a jsou od sebe posunuty o úhel 120°. Elektrárna tedy běžně generuje tři různá střídavá napětí, která jsou od sebe fázově posunuty o zmíněný úhel. Těmto napětím se říká fázová. Proto se říká, že používáme tzv. třífázovou rozvodnou soustavu
Co to je efektivní hodnota fyzikální veličiny a proč se zavádí k popisu střídavého elektrického napětí, proudu atd.
Efektivní hodnota střídavé fyzikální veličiny je dána odmocninou integrálu kvadrátu dané veličiny přes jednu periodu děleným hodnotou periody. U střídavého harmonického elektrického proudu a napětí je jejich efektivní hodnota rovna amplitudě dělené odmocninou ze dvou. Nasnadě je otázka, proč k charakterizaci daných veličin se používá právě tato konstantní veličina. Tato veličina je totiž spojená s tepelnými účinky el. proudu/napětí a na danou hodnotu jsou cejchována měřicí zařízení daných fyzikálních veličin. Například to, že v běžné (jednofázové) zásuvce je střídavé napětí 230 V, znamená, že 230 V je jeho efektivní hodnota a nikoliv amplituda. Ta je přibližně 325 V.
Jaké máme typy výkonu střídavého elektrického proudu a jaký je jejich vztah a význam?
Rozlišujeme tři typy střídavých výkonů. Tzv. činný, zdánlivý a jalový. Činný výkon je výkon, který ve střídavých obvodech koná práci. Zdánlivý je maximální možný výkon, který bychom mohli z daného zařízení získat, kdyby bylo fázové zpoždění mezi napětím a proudem nastaveno ideálně (fázový rozdíl 0°). Jalový výkon je doplněk k činnému do zdánlivého. Někdy se dá říct, že je využit ne k práci, ale ke generování elektrických a magnetických polí v zařízení. Z podstaty věci se však tyto výkony sčítají přes Pythagorovu větu (jako vektory).
Můžeme střídavý elektrický proud a napětí popsat fázory?
Ano. Obdobně jako v teorii skládání kmitů, kde jsme harmonickému kmitu přiřadili vektor v Gaussově rovině (fázor), tak i harmonickým veličinám elektrický proud / napětí můžeme přiřadit fázory. Této komplexní symboliky se pak dá využít při řešení střídavých elektrických obvodů.
U ideální cívky (má nulový elektrický odpor) předbíhá elektrický proud před napětím. Je toto tvrzení správně?
Není. U cívky je tomu právě naopak. Dochází k předbíhání elektrického napětí před proudem. To je dáno jevem samoindukce. Cívka si snaží držet původní stav. U ideální cívky je hodnota tohoto posunutí rovna 90°.
Jak byste vysvětlili význam fyzikální veličiny komplexní impedance?
Jedná se o veličinu určující vztah mezi střídavým elektrickým proudem a napětím v obvodu. Zjednodušeně se jedná o obdobu elektrického odporu ve stejnosměrných obvodech. Ve střídavých obvodech však vlastnosti elektrického proudu (jako reakci na přítomnost elektrického napětí) neurčuje pouze elektrický odpor zapojených zařízení, ale i generovaná elektrická (kondenzátor) a magnetická (cívky) pole. Všechny tyto vlivy definuji komplexní impedanci, někdy označovanou jako zdánlivý odpor.
V učebnicích často najdeme termín – RLC obvod. Co to znamená?
Jedná se o střídavý elektrický obvod, který obsahuje součástky vykazující elektrický odpor (rezistivitu R), indukčnost L a kapacitu C. Jedná se tedy o střídavé elektrické obvody, které jsou složeny z cívek, kondenzátorů a rezistorů. Nejjednodušším typem RLC obvodů je jednoduchý sériový RLC obvod, který je složen ze sériově propojeného rezistoru, cívky a kondenzátoru.
Jak ovlivňuje frekvence zdroje napětí elektrický odbor, kapacitanci a induktanci RLC obvodu?
Elektrický odpor rezistoru není závislý na frekvenci zdroje. Induktance lineárně roste s frekvencí zdroje (je spojena s magnetickým polem generovaným v cívce, rychlejší změna pole lépe ovlivňuje elektrický proud). Kapacitance nepřímo úměrně klesá s frekvencí zdroje (je spojena s elektrickým polem v kondenzátoru, rychlejší změna elektrického pole vede k větší schopnosti vést elektrický proud).
Může v RLC obvodu nastat jev rezonance? Jak se případně v daném stavu systém chová?
Obdobně jako u nucených kmitů, i u RLC obvodu může dojít k nastavení systému do tzv. rezonance. RLC obvody vykazují tzv. rezonanční frekvenci, která je obdoba vlastní frekvence oscilátorů. Při nastavení zdroje na tuto frekvenci dojde k výraznému zesílení elektrického proudu v obvodu. V daném stavu se totiž vyruší vliv cívky a kondenzátoru a systém se chová, jako by v něm byl zařazen jen rezistor. Protéká jím tedy nejvyšší možný elektrický proud a fázové posunutí mezi proudem a napětím je rovno 0°.
