『壹』 简谐运动的初相位怎么确定
在研究正弦量时,初相位是一个重要的概念。初相位指的是在时间t=0时正弦量的相位,也可称为初相角或初相,其单位通常以弧度(rad)或度(°)表示。初相位反映了交流电交变的起始状态,与所选取的时间起点密切相关。初相位可以是正值也可以是负值,这取决于t=0时刻正弦量的瞬时值是正值还是负值。当t=0时正弦量的瞬时值为正值时,其初相位为正值;反之,当瞬时值为负值时,初相位为负值。不同的初相位对应不同的瞬时值,因此,初相位也体现了正弦量变化的过程。
初相位θ和相位(ωt+θ)在工程应用中常用度或弧度作为单位。在正弦交流电路中,通常会遇到同频率的正弦量,它们的区别仅在于幅值和初相位的不同。如果两个正弦电压频率相同,但幅值和初相位不同,可以分别表示为:u1(t)=U1msin(ωt+θ1)和u2(t)=U2msin(ωt+θ2)。通过正弦电压表达式u(t)=Umsin(ωt+θ)可以看出,当t=0时,正弦量的初始值为u(0)=Umsinθ。这里θ反映了正弦电压初始值的大小,即初相位,简称初相。
初相位的确定对于分析和计算正弦量的变化过程具有重要意义。通过了解初相位,可以准确地预测和描述正弦量随时间的变化趋势。在实际应用中,确定初相位的方法多种多样,包括直接测量法、相位表测量法、信号发生器测量法等。初相位的正确确定对于电路设计和信号处理等领域具有关键作用。
值得注意的是,初相位的选择会影响正弦量的表达式。因此,在进行电路分析和信号处理时,必须明确初相位的具体值。此外,初相位还与相位差的概念紧密相关,相位差表示两个正弦量之间相位上的差异。正确理解和掌握初相位的概念及其应用,对于深入研究正弦量及其在实际工程中的应用具有重要意义。
『贰』 什么是谐振电路
含有电感、电容和电阻元件的单口网络,在某些工作频率上,出现端口电压和电流波形相位相同的情况时,称电路发生谐振。能发生谐振的电路,称为谐振电路。
在当代世界上电路谐振现象对人类贡献极大,但是至今人们还不承认电路谐振时产生能量,书中承认在电路谐振时产生《内电动势》,能使电流或电压增大。
这就是此地无银300两,没有能量变化,哪有电流或电压的变化呢?书中也知道电流是自由电子在电埸力作用下产生的,电埸力具有能量,“内电动”也具有能量,其表现是能输出无功功率。
书中承认电路谐振时,能补偿无功功率的损失,实际上就是增加了无功功率。书中又认为无功功率不能做功,不代表能量,所以否认电路谐振时产生能量。因为此失误,使人们对利用电容器节电本质认识不清,影响了节电工作。
电路谐振是否产生能量?就看电感负载并联电容器后,负载做功情况是否变化,从无数实践中得知,并联电容器后,在负载不变时,消耗的有功功率和无功功率同时减少,这就证明有新的能量产生。
列宁说:没有革命的理论,就不会有革命的运动。在当代能源紧张的情况下,急需要节电的新理论,所以研究利用电容器节电的理论是当前头等大事。
电路谐振产生的能量有多大呢?书中虽然没有讲,但已经说明品质因数可高达100以上。也就是说负载中的电流是输入总电流的100倍以上,按视在功率计算,能量增大100倍以上。
视在功率增大有什么用处呢?从调谐电路中可以得知,如果视在功率没有用处,就不会有选择信号的能力。调谐电路具有选择信号的能力,就说明视在功率能做功,在视在功率中包括有功功率和无功功率,是哪种功率做的功呢?从实践中得知,电路谐振时增加的是无功功率,有功功率变化很小,所以调谐电路具有选择信号的能力,是无功功率做的功。无功功率增大并能做功是电路谐振产生能量的铁证。
如果没有谐振能的存在,就没有收音机、电视机,电话和手机,更没有今天的电器化和自动化。电路谐振能具有选择信号的能力,是当代世界独一无二的,是其它能量不能代替的。
在电力系统中,无功功率的需要量比有功功率还要多,除一少部分由发电机或调相机供给外,大部分是由电力电容器输出的。电容器输出无功功率,就是利用了电路谐振能。如果没有谐振能存在或不利用它,就会缺少1/3以上的电能,会有1/3以上企业因缺电而停产。
电路谐振能你可以不承认,但不可以不利用;如果把所有的电容器去掉,人们就无法生存,就要倒退上百年。
当代人们利用谐振现象,否认谐能的存在,与情与理都说不通。
电路谐振能量从哪里来的呢?电容器是一个储能元件,在单独使用时也消耗电能,产生电压降。为什么在电感与电容并串联时,产生“内电动势”呢?因为电感与电容性质相反,当电感做负功时,电容做了正功,当电容做负功时电感做了正功,它们二者互相抵消耗,不消耗能量,整个电路中只有纯电阻消耗能量。
电路谐振时,电流或电压为什么会增大呢?自由电子运动与宏观物体运动一样具有惯性,如果没有外力作用,保持静止或匀速直线运动,在电感与电容并串联电路中,当纯电阻很小时,自由电子在电埸力作用下,应产生匀加速运动,但因电子运动速度是恒定的,就使同向运动电子的数量匀加速增大,即电流增大,当达到一定值时,与纯电阻产生的反作用力新保持平衡,就是恒定的谐振电流或电压。
此现象好比自由落体一样,空气的阻力好比纯电阻,物体的重力好比是电源电压,自由落体开始时做匀加速运动,当达到一定值后与空所阻力平衡时,保持匀速运动。
从以上分析可以看出:电容器不是储存多少能量,就放出多少能量,不是起着单纯的电瓶作用。而是抵消了感抗反作用力,使电子的惯性得到了充分利用。
又因电子具有两种运动,具有两种能量,交流电产生交变电磁埸,交变电磁埸具有能量,能转变为机械能、声能做功等。
交流电流表和电压表指针转动大小与有效电流成正比,它是无功功率能做功的最好的证据,从实践中得知无功功率在电动机中也能做功。
新产生的能量,是一种物理现象,可称“物理能”,又因是利用电子运动惯性,也可称“惯性能”,是因电路谐振产生的,还应叫“谐振能”。