Чем ноль отличается от фазы: Фаза, ноль и земля – что это такое?

Содержание

Фаза, ноль и земля – что это такое?

Электрическая энергия, которой мы пользуемся, вырабатывается генераторами переменного тока на электростанциях. Их вращает энергия сжигаемого топлива (угля, газа) на ТЭС, падающей воды на ГЭС или ядерного распада на АЭС. До нас электричество добирается через сотни километров линий электропередач, претерпевая по дороге преобразования с одной величины напряжения в другую. От трансформаторной подстанции оно приходит в распределительные щитки подъездов и далее – в квартиру. Или по линии распределяется между частными домами поселка или деревни.

Разберемся, откуда берутся понятия «фаза», «ноль» и «земля». Выходной элемент подстанции — понижающий трансформатор, с его обмоток низкого напряжения идет питание потребителю. Обмотки соединяются в звезду внутри трансформатора, общая точка которой (нейтраль) заземляется на трансформаторной подстанции. Отдельным проводником она идет к потребителю. Идут к нему и проводники трех выводов других концов обмоток. Эти три проводника называются «фазами» (L1, L2, L3), а общий проводник – нулем (PEN).

Система с глухозаземленной нейтралью

Поскольку нулевой проводник заземлен, то такая система называется «системой с глухозаземленной нейтралью». Проводник PEN называется совмещенным нулевым проводником. До выхода в свет 7-го издания ПУЭ ноль в таком виде доходил до потребителя, что создавало неудобства при заземлении корпусов электрооборудования. Для этого их соединяли с нулем, и это называлось занулением. Но через ноль шел и рабочий ток, и его потенциал не всегда равнялся нулю, что создавало риск поражения электрическим током.

Теперь из вновь вводимых трансформаторных подстанций выходят два нулевых проводника: нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ). Функции их разделены: по рабочему протекает ток нагрузки, а защитный соединяет подлежащие заземлению токопроводящие части с контуром заземления подстанции. На отходящих от нее линиях электропередачи нулевой защитный проводник дополнительно соединяют с контуром повторного заземления опор, содержащих элементы защиты от перенапряжений. При вводе в дом его соединяют с контуром заземления.

Напряжения и токи нагрузки в системе с глухозаземленной нейтралью

Напряжение между фазами трехфазной системы называют линейным, а между фазой и рабочим нулем – фазным. Номинальные фазные напряжения равны 220 В, а линейные – 380 В. Провода или кабели, содержащие в себе все три фазы, рабочий и защитный ноль, проходят по этажным щиткам многоквартирного дома. В сельской местности они расходятся по поселку при помощи самонесущего изолированного провода (СИП). Если линия содержит четыре алюминиевых провода на изоляторах, значит, используются три фазы и PEN. Разделение на N и РЕ в таком случае выполняется для каждого дома индивидуально во вводном щитке.

К каждому потребителю в квартиру приходит одна фаза, рабочий и защитный ноль. Потребители дома распределяются по фазам равномерно, чтобы нагрузка была одинаковой. Но на практике этого не получается: невозможно предугадать, какую мощность будет потреблять каждый абонент. Так как токи нагрузки в разных фазах трансформатора не одинаковы, то происходит явление, называемое «смещением нейтрали». Между «землей» и нулевым проводником у потребителя появляется разность потенциалов. Она увеличивается, если сечения проводника недостаточно или его контакт с выводом нейтрали трансформатора ухудшается. При прекращении связи с нейтралью происходит авария: в максимально нагруженных фазах напряжение стремится к нулю. В ненагруженных фазах напряжение становится близким к 380 В, и все оборудование выходит из строя.

В случае, когда в такую ситуацию попадает проводник PEN, под напряжением оказываются все зануленные корпуса щитов и электроприборов. Прикосновение к ним опасно для жизни. Разделение функции защитного и рабочего проводника позволяет избежать поражения электрическим током в такой ситуации.

Как распознать фазные и защитные проводники

Фазные проводники несут в себе потенциал относительно земли, равный 220 В (фазному напряжению). Прикосновение к ним опасно для жизни. Но на этом основан способ их распознавания. Для этого применяется прибор, называемый однополюсным указателем напряжения или индикатором. Внутри него расположены последовательно соединенные лампочка и резистор. При прикосновении к «фазе» индикатором ток протекает через него и тело человека в землю. Лампочка светится. Сопротивление резистора и порог зажигания лампочки подобраны так, чтобы ток был за гранью чувствительности человеческого организма и им не ощущался.

Конструкция однополюсного указателя напряжения
Конструкция однополюсного указателя напряжения
1корпус
2разъемное соединение
3пружина
4индикаторная неоновая лампа
5контакт для прикосновения
6изолированная часть
7резистор

Распознать фазные проводники можно по их расцветке, для них используются черный, серый, коричневый, белый или красный цвет. Сложнее всего со старыми электрощитами: в них проводники одного цвета. Но «фазу» с помощью индикатора определить можно всегда и без ошибок.

Нулевой рабочий проводник – синего (голубого) цвета, защитный маркируется желто-зелеными полосами. Напряжение на них отсутствует, но лучше без нужды их не касаться. Есть у электриков такой закон: если сейчас напряжения нет, то оно может появиться в любой момент.

Оцените качество статьи:

что это такое, описание и характеристики

Профессиональные электрики хорошо разбираются в понятиях фаза и ноль. Разобраться в терминологии и уметь определять параметры электрических сетей будет полезно простым обывателям и новичкам профессий, так или иначе связанных с электромонтажными работами. Подобные знания позволят безопасно подключить бытовые приборы, оборудование, розетки или осветительную арматуру.

Что такое фаза и ноль

Ток поступает в помещение от генераторов, установленных на подстанциях. Из агрегата выходят три фазы и один ноль. Движение электричества закольцовано. По фазовому проводу ток поступает к потребителям, а выходит обратно с помощью нулевого и возвращается в трансформатор. Если движение остановлено, то электроэнергия отсутствует.

Источник: avatars.mds.yandex.net

Приборы с помощью розетки включаются в это движение. Возникает вопрос, почему нулевой провод, по которому тоже проходит электричество, не опасен. Все дело в потенциале. Ноль имеет нулевой потенциал. Чтобы разобраться в этом понятии, можно представить два резервуара, один из которых установлен на земле, а второй – зафиксирован на высоте. Если пробить дно второй емкости, то жидкость из нее польется под напором. Потенциал и есть сила течения воды в данном случае. При повреждении дна резервуара, стоящего на земле, жидкость не польется, то есть потенциал будет нулевым. Движение потока из верхней емкости в нижнюю объясняется разницей потенциалов. Применимо к электротехнике, отличие между потенциалами ноля и фазы равно 220 Вольт (для России).

Тело человека обладает нулевым потенциалом. Нулевой провод заземлен, его потенциал сбрасывается в землю. При отсутствии разницы в потенциалах движение электрического тока отсутствует. Таким образом, человек не получает удара. Опоры электропередач и подстанции конструируют таким образом, чтобы потенциал с ноля сбрасывался в землю.

Источник: avatars.mds.yandex.net

Фаза предназначена для движения электрического тока. Когда электроприбор подключается с помощью розетки, цепь замыкается. В случае, когда нулевой провод сбрасывает этот потенциал на ближайшей опоре, а человек касается оголенного ноля этой точки, потенциал будет сбрасываться через проводник по пути наименьшего сопротивления, то есть через тело.

Источник: avatars.mds.yandex.net

По этой причине электрооборудование в обязательном порядке заземляется. В этом случае при повреждении проводки и протекания потенциала через корпус устройства, потенциал будет сбрасываться в землю, и не пройдет через человека при контакте. Фаза всегда обладает потенциалом, а нулевой провод только в том случае, когда есть соединение с фазовым кабелем через нагрузку, то есть подключенный потребитель, и до ближайшего места сброса этого потенциала в землю.

Варианты определения проводников «фаза»/«ноль»

Важно соблюдать технику безопасности для обозначения параметров электропроводки. Для этого необходимо использовать специальные приборы. Предварительно следует остановить движение тока, чтобы цепь не была замкнута нагрузкой. Ремонтируемый участок электропроводки отключается от общей цепи. Существует несколько простых способов отличить фазу и ноль в домашних условиях.

Как правило, провода обладают цветной маркировкой. Корректность выбора цвета определяется качеством работ и опытом специалиста. Поэтому доверять подобной индикации следует не всегда, лучше проверить самостоятельно фазу и ноль, либо поставить задачу опытному электрику.

Проверка с помощью электрической лампы

Способ достаточно прост для применения. Понадобиться стандартный патрон и лампочка. Два провода необходимо соединить со штатными местами подключения патрона. Один из проводников следует соединить с заземлением в розетке, а второй – подключить к любому силовому разъему. Если при подключении к разъему лампочка загорается, то найдена фаза.

Источник: rusenergetics.ru
Индикаторная отвертка

С помощью бытового указателя напряжения можно быстро обнаружить фазный провод  в электросети, напряжение в которой составляет 220-230 Вольт. Индикаторные отвертки представлены в богатом ассортименте и доступны в любом магазине с электротоварами.

Источник: rusenergetics.ru

При работе с любыми электроприборами необходимо соблюдать правила безопасности. Так как инструкция к индикаторной отвертке обычно отсутствует, следует руководствоваться полезными советами специалистов:

  1. Применять индикатор согласно его целевому назначению, то есть для электромонтажных работ.
  2. Перед тем как приступить к изысканиям, следует убедиться в целостности и надежности изоляционного материала, которым оснащены рукоять и жало инструмента.
  3. Убедиться в достоверности результатов измерений можно, если заранее испытать отвертку на электрических установках под напряжением.

Если пользователь сомневается в корректной работе индикаторной отвертки,  не следует доверять показаниям прибора. В этом случае целесообразно использовать профессиональный инструмент.

Мультиметр

Бытовые мультиметры представляют собой простые в эксплуатации приборы. С их помощью можно определить, находится ли сеть под напряжением, и каково его значение. Это наиболее безопасный способ определить фазу и ноль. Щупы инструмента оснащены диэлектрической рукояткой. Принцип работы устройства заключается в подключении одного щупа к земле розетке, а второго – к одному из двух контактов розетки.

Источник: rusenergetics.ru

Фаза в электричестве, определение понятия, характеристика

Понятие фазного провода связано с определением напряжения. Данная величина обозначает, насколько напряжено электрическое поле в рамках данной точки или цепи. По-другому, это потенциал. Под действием такой силы электроны движутся по проводникам. Один из проводов, которые подключаются к потребителям, называется фазой. Именно этот проводник находится под напряжением. Фазу в понимании электротехники можно сравнить с плюсом в автотранспорте, то есть фазный провод представляет собой основное питание для электрической цепи.

Источник: rusenergetics.ru

Что такое ноль в электричестве, определение

Нулевой провод отличается от фазы тем, что не находится под напряжением. Ноль не перегружается, когда происходит отбор мощности, но по проводнику также транспортируется электричество. Направление этого движения будет обратным фазному. Если в сети отсутствует напряжение, то ноль безопасен для человека и не способен поразить его электрическим током.

Зачем нужен ноль в электричестве

Нулевой провод необходим для замыкания электросети. С помощью ноля обеспечивается необходимая мощность для включения электрических приборов. При его отсутствии электричества будет отключено. По своей сути нулевой проводник представляет собой землю.

Основным назначением ноля является обеспечение электроснабжения объектов разного назначения. Нулевой провод замыкает электрическую цепь, таким образом, создается электрический ток, и работают электроприборы. Электричество появляется из-за разности потенциалов, которая возникает между двумя проводами. Ноль характеризуется нулевым потенциалом. Поэтому напряжение в цепи определяется, как 220 – 230 Вольт.

Что представляет собой петля «ноль/земля»

Нулевой провод выходит из трансформатора, который соединяется с помощью нулевой шины с заземлением, выполненным в виде контура. Вначале цепи именно земля представляет собой нулевой потенциал, что служит причиной путаницы при определении земли и ноля. Конструкция воздушной линии электропередачи, выходящей из комплектной трансформаторной подстанции, включает три фазных проводника и один ноль. Нулевой провод  на выходе подсоединяется к нулевому контакту трансформатора. Повторное заземление выполняется на каждой второй опоре, по которым проложена воздушная линия электропередачи. С его помощью производится дополнительное соединение ноля с землей. Такое решение является гарантией полноценной связи цепи «фаза – ноль», что обеспечивает потребителя электричеством с напряжением не менее 220 Вольт.

Источник: rusenergetics.ru

Элементарные знания электротехники необходимы не только для профессиональной деятельности, но и полезны для обывателя. Электричество питает разнообразные потребительские товары. Обеспечить бесперебойное электроснабжение можно, если правильно определять фазу и ноль при подключении инженерных коммуникаций. Подобная информация будет полезна также студентам политехнических вузов.

Если в процессе обучения возникают проблемы, всегда можно обратиться к специалистам сервиса Феникс.Хелп.

Отличие Нуля от Земли в Чем Принципиальная Разница?

С электричеством не шутят, но и боятся его не стоит. Если правильно понимать устройство электрических сетей, хотя бы на начальном уровне, то ничего страшного не произойдёт.

Обывателю, чтобы пользоваться электричеством без опаски, нужно знать несколько несложных для понимания вещей, в число которых входят понятия: фаза, ноль и заземление.

Что такое фаза многие знают, а вот что такое ноль и земля, в чем принципиальное отличие этих понятий – немногие.

Две схемы подключения

Одинаковый обрыв нуля, а последствия такие разные

Для понимания роли “Ноля” и “Земли” нужно немного вникнуть в суть способов доставки электроэнергии до конечных потребителей и отличий последних.

Следует упомянуть, что электро-системы бывают линейные и фазные. Линейные используются в промышленной сфере деятельности, где требуются повышенные мощности (380В), фазные существуют для использования их в быту (220В). И том и в другом случае схемы подключения используют три провода. Только для линейных (380) в каждом из трех проводов присутствует фаза, а бытовом варианте (220В) есть Фаза, Ноль и Земля.

Для безопасности каждая система использует свои схемы подключения. Промышленные сети рассматривать не будем, а вот бытовые изучить следует, здесь используются две схемы:

  • TT – полное заземление
  • TN-C-S – совместное подключение земли и нуля, после потребителя питания

Используемы схемы подключения: 1. На ноль, 2. На землю

Чтобы было более понятно, расшифруем аббревиатуру:

  • Т – земля
  • N – нейтраль
  • S – раздельный, самостоятельный
  • C – объединять
  • L – фаза
  • PE – защитный
  • PEN – объединенный

Эти две схемы используются, однако следует указать ещё на одну существующую схему TN-C – это старая, но до сих пор действующая система, используемая в большинстве домов “старого” фонда, которой присуща аббревиатура PEN.

В ней Ноль и Земля совмещены (PEN) на всём протяжении. Такие сети не совсем безопасны, особенно для электроприборов. Монтировались они в советское время, бытовых приборов использовалось немного, а потому проектировщики не видели смысла в излишней трате на электропроводке ради пары десятков телевизоров (нагрузки были небольшие), — 30% экономия! На промышленных предприятиях заземление делалось отдельно.

Предназначение “Ноля” и “Земли”

Цвета и маркировка проводов и кабелей

Для успешной работы каких-либо электроприборов требуется замкнутый контур электросети. Замыкание сети – основная роль “Ноля”. Разность потенциала уходит через него.

Заземление же используется в качестве защитных мероприятий, устраняющих риск поражением тока людей и животных, а также для исключения, смягчения скачков напряжения, которые могут вывести из строя бытовые электроприборы.

Заземляют практически все электроприборы, это делается посредством подключения Земли к их корпусам на случай пробоя электропроводки, при которой они окажутся под натряжением.

Схема TT

Исправная схема Подключен потребитель, электропроводка исправна (пробоев нет), корпус заземлён на отдельную линию

На рисунке выше показано подключение при полном заземлении. Т.е. Земля выделена в отдельную, автономную сеть. Данное подключение наиболее безопасно.

В случае пробоя, на корпусе прибора возникает электрический потенциал, который будет равен входящему напряжению, т.е. 220 В – это опасно для жизни. Однако корпус заземлен, и попавшее на него напряжение уйдет в землю.

Заземление на выделенную линию сработало – напряжения на корпусе нет

Схема

TN-C-S

Схема TN-C-S для заземления использует линию Ноль, как это показано на рисунке ниже. В данном случае на корпусе потребителя напряжения нет.

Схема исправна, пробоя на корпус потребителя нет

При появлении нагрузки на корпусе, она отводится в линую, используемую в качестве нейтрали. Способ действенный, и хоть является устаревшим используется до сих пор.

Поражения током не будет

Заключение

Автомат защитный

Какой бы безопасной схема подключения не была, но использовать автоматы и ИЗО необходимо. Они позволяют обесточить сеть даже при кратковременном скачке напряжения, который может быть весьма опасен не только для Вашей электроники и других бытовых приборов, но и для жизни Вас и Ваших питомцев.

ВИДЕО: Зануление и заземление,что лучше,можно ли использовать
ВИДЕО: Зануление и заземление. В чем разница между ними?

7 Total Score

Для нас очень важна обратная связь с нашими читателями. Оставьте свой рейтинг в комментариях с аргументацией Вашего выбора. Ваше мнение будет полезно другим пользователям.

Помогла ли Вам наша статья?

10

Рейтинг пользователей: 2 (1 vote)

Заземление и зануление в чем разница и как отличить проводники

Очень часто даже сами электрики путают два таких понятия как заземление и зануление. Как же их отличить рядовому потребителю?
По определению заземление — это принудительное соединение металлических частей оборудования с землей. Главное его назначение — понизить до минимума напряжение, которое может возникнуть на корпусе аппарата, если произойдет пробой изоляции.

Зануление — это соединение металлических частей эл.оборудования с нулевым проводом. Если произойдет пробой изоляции и фаза попадет на зануленный корпус — получится однофазное короткое замыкание. Оно то и вызовет отключение напряжение через защитный автомат.
Зануление и заземление выполняют по сути одну задачу, но немного разными способами.

Как на практике отличить проводник заземления от нулевого провода?
Допустим у вас не завершен до конца ремонт и из подрозетника торчит кабель с тремя жилами. Определить какая из них фазная не так сложно. Для этого нужно воспользоваться индикаторной отверткой или тестером.

Только поняв какой из проводников является фазным, можно приступать с методам поиска земли и нуля.

1-й способ отличия заземления от зануления

Чтобы выяснить, где заземление и зануление, необходимо в первую очередь обратить внимание на цветовою маркировку. Если проводку делал грамотный электрик, то как правило нулевой рабочий проводник имеет синий цвет, а заземляющий защитный желто-зеленый.

Но не стоит полагаться на это на 100% и всегда перепроверяйте другими способами:

2-й способ

  • отключите все приборы в квартире и автоматы в эл.щите
  • отсоедините заземляющий проводник в щите от шинки заземления (шина PE) или корпуса
  • заново включите автоматы
  • мультиметром в режиме переменного напряжения замерьте показания между жилами. При этом заранее индикаторной отверткой выясните где у вас фаза.
  • там где относительно фазного проводника напряжение будет в пределах 220В — это и есть ноль. Другой проводник — защитная земля.

3-й способ отличия заземляющего проводника от нулевого

Данный метод применим, когда на вводе установлен двухполюсный автомат (то есть автомат одновременно отключает фазный и нулевой проводники):

  • отключаете все приборы и вводной автомат
  • мультиметром в режиме «прозвонки» соединяете предполагаемый заземляющий провод и металлические корпуса ближайшего борудования, которое должно быть заземлено — батареи, ванная и т.д.
  • та жила, на которой тестер будет показывать близкое значение к нулевому или издавать звуковой сигнал — и будет землей. Там где сопротивление будет близко к бесконечности — рабочий ноль.

4-й способ как определить заземление и зануление

  • отключаете все приборы в квартире, не только выключателем, но и из розеток тоже
  • отключаете вводной двухполюсный автомат
  • на выходе с автомата между нулевым и фазным проводом ставите перемычку — шунт
  • с помощью тестера в режиме прозвонки диодов проводите замеры на проводниках в подрозетнике
  • фазная и нулевая жила должны давать между собой полный ноль. Тестер будет пищать.
  • оставшаяся жила и есть заземляющая

Данный способ наименее предпочтительный и несет за собой большие риски для неопытного пользователя эл.энергии. Поэтому используйте его в последнюю очередь, если имеете необходимые навыки и знания.

Статьи по теме

с какой стороны и как ее определить?

На сегодняшний день в электроэнергетике существует несколько разновидностей проводов. Электрики различают провода для питания и защиты. При подключении розеток или других приборов, вам нужно знать, где какой провод. В ином случае может возникнуть короткое замыкание.

Где в розетке фаза и ноль

В этой статье мы постарались разобраться, что такой фаза и ноль в розетке на примере обычного устройства. После изучения статьи у вас больше не возникнет вопрос о том, как найти фазу и ноль в розетке.

Фаза и ноль в старой розетке

Если рассмотреть обычную старую розетку, тогда можно сразу заметить, что розетка подключается всего при помощи двух проводов. Если присмотреться, тогда вы наверняка сможете заметить, что один из этих проводов имеет синий цвет. Именно так и определяется рабочий нулевой проводник. По нему будет проходить ток от источника питания к вашему устройству или наоборот. Если вы за него схватитесь, но не дотронетесь до второго провода, то ничего не произойдет. Он считается вполне безобидным.

Как распознать фазу и ноль?

На фото выше мы представили обозначение ноля и фазы на розетке. Фаза в розетке— это второй кабель. Обычно фазный провод выполнен в коричневом цвете. Угловые розетки на кухне также имеют разноцветные провода. Этот провод всегда находится под напряжением, так как по нему всегда поступают заряженные частицы. Если вы дотронетесь до него, тогда, несомненно, получите удар током. Помните, что любое напряжение выше 50 вольт может убить человека. Поэтому определиться, где в розетке фаза и ноль лучше всего заранее.

Индикаторы для определения напряжения

Чтобы определить, где в розетке фазный провод нужно воспользоваться индикатором напряжения. Их внешний вид напоминает отвертку или лопатку. Рукоятка индикаторной отвертки обычно изготавливается из специального прозрачного пластика, внутри которого находится диод.

Проверка фазы и ноля с помощью индикатора

Верхняя часть рукоятки металлическая. Если напряжение пройдет, тогда лампочка индикатора загорится. В этом случае провод лучше не трогать.

Важно знать! Если вы дотронетесь до нулевого проводника, тогда свечение диода не произойдет. Это связано с тем, что пока нулевой провод не соприкасается с фазным в нем нет напряжения.

Для определения фазы в розетке также можно воспользоваться мультиметром. У нас есть статья, как определить фазу мультиметром.

Фаза и ноль в современной розетке

Обычно современные розетки имеют три провода. Кроме фазного и нулевого провода здесь присутствует заземление. Этот проводник чаще всего имеет желто-зеленую окраску. При возникновении короткого замыкания этот заземляющий проводник забирает лишний ток и направляет его в землю. Конечно, он правильно будет выполнять свои функции только в том случае, если в квартире или доме присутствует система заземления.

Фаза ноль и заземление в современной розетке

Даже если вы прикоснетесь к оборудованию, то не ощутите удара электрическим током. Электрическая розетка с заземлением подключается с помощью фазы, ноля и заземляющего провода. Дело в том, что ток не ищет легких путей. Он выберет путь, где будет наименьшее сопротивление. Сопротивление тела человек составляет 1000 Ом, а нулевого проводника всего 0,1 Ом.

Чтобы обеспечить безопасность в своем доме нужно использовать только современные устройства. Теперь вы знаете куда в розетке подключать фазу и ноль. При подключении нужно действовать осторожно, так как если провода подключены неправильно произойдет короткое замыкание.

Прочтите также: vse-elektrichestvo.ru/rozetki/oboznachenie-rozetok-i-vyklyuchatelej.html.

Эмульсия — Что такое Эмульсия?

Нефтяные эмульсии — это механическая смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии.


Эмульсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).
Эмульсии могут быть образованы 2мя любыми несмешивающимися жидкостями.
В большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой — вещество, состоящее из слабополярных молекул (например, нефть или газ).
2 фазы нефтяных эмульсий:
  • внутренняя — дисперсной фазой, и она разобщена;
  • внешняя — дисперсионной средой (постоянная фаза), представляющей собой сплошную неразрывную фазу.
Жидкость, образующая взвешенные капли, — это дисперсная фаза, а та, в которой взвешены капли, — постоянной фазой (дисперсионной средой).
Эмульгированию нефти способствует:
  • наличие нафтеновых кислот или сернистые соединений в смолистой нефти;
  • интенсивное перемешивание ее с водой при добыче.
2 типа эмульсий:
  • нефть в воде — гидрофильная эмульсия, когда нефтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды. Содержание нефти: менее 1 %. 
  • вода в нефти — гидрофобная эмульсия, когда капли воды образуют дисперсную фазу в нефтяной среде. Содержание воды: 0,1 — 90 % и более. 
Тип эмульсии зависит от соотношения объемов нефти и воды: дисперсионной средой стремится стать жидкость, объем которой больше.
Определение типа эмульсии путем определения свойств ее дисперсионной среды:
  • в эмульсии нефть/вода дисперсионной средой является вода, и поэтому такая эмульсия смешивается с водой в любых соотношениях и обладают высокой электропроводностью,
  • в эмульсии вода /нефть дисперсионной средой является нефть, и эмульсия смешиваются только с углеводородной жидкостью и не обладают достаточной электропроводностью. 
В настоящее время эмульсионные составы применяются в различных процессах добычи нефти и газа:
  • в процессах первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов, 
  • при глушении скважин, 
  • при обработках призабойной зоны пласта,
  • процессах повышения нефтеотдачи. 
В каждом случае используются определенные типы эмульсий и специально подобранные с учетом необходимых физико-химических свойств эмульсионные составы.

Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий.

Дисперсность эмульсии — это степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Дисперсность — основная характеристика эмульсии, определяющей их свойства.
Размеры капелек дисперсной фазы в нефтяных эмульсиях  0,1 — 100 мкм.

Вязкость эмульсии — зависит от

— вязкости самой нефти,
— температуры, при которой получается эмульсия,
— количества воды, содержащейся в нефти,
— степени дисперсности,
— присутствия механических примесей (особенно сульфида железа FeS),
— рН воды.
Вязкость нефтяных эмульсий не обладает аддитивным свойством, т. е. вязкость эмульсии не равна сумме вязкости нефти и воды.
При содержании воды в нефти свыше 20 % вязкость эмульсии резко возрастает.
Максимума вязкость достигает при критической концентрации воды, характерной для данного месторождения. При дальнейшем росте концентрации воды вязкость эмульсии резко уменьшается.

Эмульсия типа нефть /вода транспортируется при меньших энергетических затратах, чем эмульсия типа вода/нефть.

Электрические свойства эмульсий.
Нефть и вода в чистом виде — хорошие диэлектрики.
Электропроводимость нефти (удельная) 2∙10−10 — 0,3∙10−18 Ом−1∙см−1, а воды 10−7 — 10−8 Ом−1∙см−1.
Наличие в воде растворенных солей или кислот увеличивает электропроводимость в 10ки раз.
В нефтяных эмульсиях, помещенных в электрическом поле, капли воды располагаются вдоль его силовых линий, что приводит к резкому увеличению электропроводимости этих эмульсий. поскольку капли воды имеют в 40 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем нефти.
Этот метод используется для разрушения нефтяных эмульсий.

Устойчивость нефтяных эмульсий и их старение (стабильность) — способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду.
В процессе перемешивания нефти с пластовой водой, вода дробится на мелкие капельки (глобулы), на поверхности которых адсорбируются частицы эмульгатора и образуют пленку, препятствующую слиянию глобул.
Устойчивость нефтяных эмульсий зависит:

  •  дисперсность системы, 
  • физико-химические свойства эмульгаторов, образующих на поверхности раздела фаз адсорбционные защитные оболочки; 
  • наличие на глобулах дисперсной фазы двойного электрического заряда; 
  • температура смешивающихся жидкостей; 
  • величина рН эмульгированной пластовой воды.

Какого цвета провода фазы, ноля, заземления

В электрике существует три вида проводов: фаза, ноль и заземление. Неправильное подсоединение электропроводов может привести к возникновению короткого замыкания или удару током.

Ранее цвет проводов был черным или белым, что не только доставляло неудобства, но и затягивало работу: чтобы определить ноль и фазу, необходимо было подать питание в проводники и проверить их тестером. Принятая сегодня цветная маркировка позволяет даже человеку с отсутствием опыта достаточно быстро определить фазу, ноль и заземление и подключить контакты правильно и безопасно.

Маркировка разными цветами осуществляется в соответствии с Европейскими стандартами и Правилами устройства электроустановок. Она наносится по всей длине проводника, обеспечивая удобство работы.

Цветовая маркировка позволяет быстро идентифицировать провода

Цвет провода заземления

Провод заземления может маркироваться следующими цветами:

  • желтым;
  • зеленым;
  • желто-зеленым;
  • желто-зелеными полосами в продольном или поперечном направлении.

Обратите внимание, что заземление также называют нулевой защитой, не следует путать его с рабочим нулем.

На схемах заземление обозначается как PE.

Цветовая маркировка ноля

Ноль также называется нейтральным или нулевым рабочим контактом. Он маркируется синим или голубым цветом, иногда имеет одну или несколько белых полос.

На схемах указывается как N.

Маркировка фазного провода

Наибольшую опасность при работе с электропроводкой представляют именно фазные провода, так как в ряде случаев прикосновение к ним может привести к летальному исходу. Провод фаза (плюс) маркируется разными, но всегда яркими цветами:

  • черным;
  • серым;
  • белым;
  • коричневым;
  • фиолетовым;
  • оранжевым;
  • бирюзовым;
  • красным;
  • розовым.

На схемах обозначается как L. При наличии нескольких фаз к букве добавляют цифру: L1, L2, L3. На некоторых схемах трехфазных сетей первую фазу обозначают как А, вторую – В, третью – С.

В связи с большим количеством вариантов цветовых решений найти фазу проще, если сначала исключить ноль и заземление.

Цветовые обозначения проводов в разных странах. По данным wikipedia.org

Определение правильности маркировки

Цвета проводов позволяют ускорить их определение, но полагаться только на них может быть опасно, так как не исключена возможность ошибочного подключения. Перед началом любых работ необходимо удостовериться в правильной идентификации проводников с помощью измерительных приборов: мультиметра или индикаторной отвертки.

При прикосновении к фазе на отвертке загорится светодиод. Если провод двужильный, вторым проводником будет ноль. Если же провод трехжильный, потребуется прозвонить кабель тестером или мультиметром.

Для определения ноля и заземления необходимо дотронуться одним стержнем к фазе, вторым – к проводнику, который предположительно является нулевым. Если на экране тестера высветится 220 В или текущее напряжение, которое по факту может быть меньше – это ноль. Если значение сильно меньше, то проверку необходимо продолжить.

Одним стержнем нужно снова прикоснуться к фазе, вторым – к предполагаемому заземлению. Если показания ниже, чем при первом измерении, то это действительно заземление. Если выше, то провода подключены неправильно и это ноль. В этом случае нужно найти, где именно ошибка в подключении, или же двигаться дальше, запомнив этот момент, но предпочтительнее будет, конечно, первый вариант.

Разница между разностью фаз и разностью хода

Опубликовано Admin

Разность фаз и разность путей

Разность фаз и разность хода — два очень важных понятия в оптике. Эти явления видны на задачах волновой модели света, которая рассматривает свет как бегущую волну. Как разность хода, так и разность фаз очень важны, когда дело доходит до объяснения таких явлений, как эксперимент Юнга с двумя щелями, дифракция с одной щелью, кольца Ньютона, тонкопленочная интерференция, эксперимент Френеля с двойным зеркалом, дифракция Френеля, дифракционные решетки и зонные пластины. .Эти явления также имеют приложения, такие как спираль Корню и бипризма Френеля. В этой статье мы собираемся подробно обсудить, что такое разность фаз и разность путей, а также их значение, приложения и различия.

Разность фаз

Чтобы понять разность фаз, нужно сначала понять, что такое «фаза». Бегущая волна может быть определена с помощью уравнения Y(x) = A sin (ωt – kx), где Y(x) – смещение по оси y в точке x, A – амплитуда волны, ω – угловая частота волны, t — время, k — волновой вектор или иногда его называют волновым числом, x — значение на оси x.Фазу волны можно интерпретировать по-разному. Наиболее распространенным является то, что это (ωt – kx) часть волны. Видно, что при t=0 и x=0 фаза также равна 0. повернул. Разница фаз полезна только тогда, когда речь идет о волнах одинаковой частоты. Разность фаз показывает, насколько волна отстает или опережает другую волну. Если две волны интерферируют и их разность фаз равна нулю, амплитуда результирующей волны равна сумме двух падающих волн; если разность фаз составляет 180° или π радиан, результатом является вычитание между двумя амплитудами.

Разница пути

Разность хода двух волн можно разделить на две категории. Первая — это разность физических путей, а вторая — разность оптических путей. Разность физических путей — это измеренная разница между двумя маршрутами, по которым проходят две волны. Оптическая разность хода представляет собой сложение каждого элемента пути, умноженное на показатель преломления среды, в которой находится элемент пути. Его можно математически обозначить как интеграл от n(x) dx.

В чем разница между разностью хода и разностью фаз?

– И разность хода, и разность фаз в равной степени влияют на смещение результирующей волны.

— Разность хода возникает из-за разности пройденного маршрута и показателей преломления сред на каждом маршруте, а разность фаз возникает в основном из-за инверсии фаз волн при возникновении жесткого отражения.

— разность хода измеряется в метрах, а разность фаз — это угол, который измеряется либо в радианах, либо в градусах.

Что такое фаза и разность фаз? — Определение и значение

Фаза

Определение: Фаза переменной величины определяется как составная часть цикла, через которую величина движется вперед от выбранного начала. Когда две величины имеют одинаковую частоту, а их максимум и минимум достигают одной и той же точки, говорят, что эти величины находятся в одной и той же фазе.

Рассмотрим два переменных тока I м1 и I м2 , показанные на рисунке ниже.Обе величины достигают своего максимального и минимального пиковых значений одновременно. И нулевое значение обеих величин устанавливается в один и тот же момент.

Разность фаз

Определение: Разность фаз между двумя электрическими величинами определяется как угловая разность фаз между максимально возможным значением двух переменных величин, имеющих одинаковую частоту.

Другими словами, две переменные величины имеют разность фаз, когда они имеют одинаковую частоту, но достигают своего нулевого значения в разные моменты времени.Угол между нулевыми точками двух переменных величин называется углом разности фаз.

Рассмотрим два переменных тока с величинами I м1 и I м2 , которые показаны векторно. Оба вектора вращаются с одинаковой угловой скоростью ω радиан в секунду. Два тока принимают нулевое значение в разные моменты времени. Поэтому говорят, что они имеют разность фаз, равную углу φ.

Величина, которая достигает своего максимального положительного значения раньше другой, называется ведущей величиной, тогда как величина, которая достигает своего максимального положительного значения после другой, называется отстающей величиной.Ток I m1 опережает ток I m2 или, другими словами, ток I m2 является отстающим током I m1 .

Цикл: Когда переменная величина проходит через полный набор значений +ve или -ve или проходит через 360° электрических градусов, тогда говорят, что цикл полностью завершен.

Что такое разность фаз в цепях переменного тока? Понятие фазы и разности фаз

Разность фаз определяется как задержка между двумя или более переменными величинами при достижении максимумов или переходов через ноль, что приводит к разнице их фаз.Эта разница между двумя волнами измеряется в градусах или радианах и также известна как фазовый сдвиг .

Иногда определяется как разница между двумя или более синусоидальными сигналами относительно опорной оси. Он обозначается φ и соответствует смещению формы сигнала по горизонтальной оси от общей точки отсчета.

Мы подробно обсудим разность фаз цепей переменного тока позже, сначала давайте разберемся-

Что такое Фаза?

Фаза переменных величин определяется в терминах смещения и периода времени. С точки зрения смещения фаза представляет собой угол от контрольной точки, на который вектор, представляющий переменную величину, перемещается до рассматриваемой точки.

Чтобы понять это, взгляните на рисунок, приведенный ниже:

На приведенном выше рисунке ось x является базовой осью, и в момент времени A фаза φ переменной величины равна 0⁰, а при смещении фаза той же величины в момент B представляет собой угол (в градусах или радианах) через который прошел вектор с учетом той же базовой оси i.е., ось x. Обычно фаза переменной величины изменяется от 0 до в рад или от 0⁰ до 360⁰ .

Кроме того, с точки зрения периода времени фаза в любой конкретный момент определяется как часть периода времени, на который она опережает относительно контрольного момента. Рассмотрим представление сигнала, приведенное ниже:

Здесь 0 считается опорным моментом, таким образом, фаза переменной величины в точке A равна T/4, а в точке B равна 3T/4.

Концепция разности фаз в цепях переменного тока

Предположим, что сравнение между двумя переменными величинами производится в соответствии с перекрытием их пиков и пересечением нуля.

Таким образом, когда пересечения пика и нуля переменных величин с одинаковой частотой совпадают, говорят, что такие величины равны в фазе . Проще говоря, мы можем сказать, что когда две переменные величины одной и той же частоты достигают своих максимальных положительных, отрицательных и нулевых значений в один и тот же момент времени в течение одного полного цикла независимо от их амплитуды, то говорят, что такие величины имеют одинаковую фазу. .Это объяснение наглядно показано на рисунке ниже:

И наоборот, когда пик и пересечение нуля переменных величин с одной и той же частотой не совпадают, то говорят, что эти величины не совпадают по фазе по отношению друг к другу, и между ними существует определенная разница в фазе. Вкратце можно сказать, что когда две переменные величины одной и той же частоты достигают своих положительных и отрицательных пиков и нулевых значений в разные моменты времени в одном полном цикле, рассматривая одну и ту же ось отсчета, то между ними существует разность фаз.Несовпадение по фазе между двумя переменными величинами ясно показано на рисунке ниже:

Уравнение для разности фаз

Общее уравнение переменных величин задается как:

: φ представляет фазу переменной величины,

А м — амплитуда сигнала,

ωt представляет собой угловую частоту сигнала.

Здесь φ может быть как положительным, так и отрицательным .

Теперь возникает вопрос, когда φ положительна, а когда отрицательна?

Прежде чем разбираться в положительных и отрицательных фазовых сдвигах, уясните условие нулевой разности фаз.

Таким образом, когда фаза переменной величины равна 0, тогда мгновенное значение синусоидальной величины находится при t = 0, что считается опорным. Цифра, приведенная ниже, указывает φ = 0⁰.

Положительный фазовый сдвиг : Когда переменная величина начинается до t=0, что считается эталоном, положительный наклон переменной величины сдвигается влево, таким образом пересекая горизонтальную ось перед эталоном.Таким образом, в таком случае φ>0 и угол будет иметь положительный характер. Это приводит к ведущему фазовому углу.

Это можно сказать и наоборот, так как в случае положительной фазы переменная величина имеет некоторое положительное мгновенное значение при t = 0. Это ясно показано ниже:

На приведенном ниже рисунке одна представляет собой форму волны напряжения, которая начинается до опорной точки, а другая представляет собой форму волны тока, которая точно начинается в момент t=0, т. е. опорная.Обычно в чисто индуктивной цепи напряжение опережает ток .

Здесь ток отстает от напряжения на угол φ.

Отрицательный фазовый сдвиг : Когда переменная величина начинается после t=0, т. е. контрольной точки, тогда ее положительный наклон смещается вправо и, таким образом, пересекает горизонтальную ось после контрольной точки. Поэтому здесь φ<0, и угол будет иметь отрицательный характер. Когда фазовый угол отрицателен, он представляет собой запаздывающий фазовый угол.

Для отрицательной фазы переменная величина имеет некоторое отрицательное мгновенное значение при t = 0, как показано здесь:

На приведенном ниже рисунке показаны формы тока и напряжения, и ясно видно, что форма волны напряжения начинается после опорного значения, а кривая тока начинается точно с опорного значения. Обычно в чисто емкостных цепях ток опережает напряжение .

Здесь напряжение отстает от тока на угол φ.

Соотношение между синусоидальными сигналами напряжения и тока очень важно при работе с цепями переменного тока, поскольку они составляют основу анализа цепей переменного тока.

Время и частота от А до Я, P

Пассивный эталон частоты

Атомный генератор, выходной сигнал которого получается из частоты генератора, привязанной к частоте атомного резонанса, вместо того, чтобы напрямую выводиться атомами. В отличие от активных стандартов частоты резонатор, в котором происходят атомные переходы, не поддерживает автоколебаний.Большинство коммерчески доступных атомных генераторов являются пассивными стандартами частоты.

Задержка пути

Задержка сигнала между передатчиком и приемником. Задержка пути часто вносит наибольший вклад в неопределенность передачи времени. Например, рассмотрим радиосигнал, передаваемый на расстояние 1000 км. Поскольку радиосигналы распространяются со скоростью света (с задержкой около 3,3 мкс/км), мы можем откалибровать путь длиной 1000 км, оценив задержку пути как 3,3 мс и применив коэффициент 3.3 мс поправка к нашему измерению. Сложные системы передачи времени, такие как GPS, автоматически корректируют задержку пути. Абсолютная задержка на пути не важна для систем передачи частоты, потому что не требуются своевременные импульсы, но изменения задержки на пути по-прежнему ограничивают погрешность частоты.

Период

Период T является обратной величиной частоты, T = 1 / f. Период формы волны – это время, необходимое для возникновения одного полного цикла волны. Соотношение между периодом, частотой и амплитудой синусоиды показано на графике.

 

Фаза

Положение точки во времени (момент) на цикле сигнала. Полный цикл определяется как интервал, необходимый для того, чтобы форма волны снова приняла свое произвольное начальное значение. График в записи «Период» показывает, как 1 цикл составляет 360° фазы. На графике также показано, как фаза иногда выражается в радианах, где один радиан фазы равен приблизительно 57,3°. Фаза также может быть выражением относительного смещения между двумя соответствующими характеристиками (например, пиками или пересечениями нуля) двух сигналов, имеющих одинаковую частоту.

При сравнении двух сигналов их разность фаз или фазовый угол обычно выражается в градусах как число больше -180° и меньше или равно +180°. Ведущая фаза относится к волне, которая возникает «впереди» другой волны той же частоты. Отстающая фаза относится к волне, которая возникает «позади» другой волны той же частоты. Когда две волны отличаются по фазе на -90° или +90°, говорят, что они находятся в квадратурной фазе. Когда две волны отличаются по фазе на 180° (технически -180° соответствует +180°), говорят, что они находятся в противофазе.

В метрологии времени и частоты разность фаз обычно указывается в единицах времени, а не в единицах фазового угла. Временной интервал для 1° фазы обратно пропорционален частоте. Если частота сигнала задана f, то время t град (в секундах), соответствующее 1° фазы, составляет

Таким образом, фазовый сдвиг на 1° для сигнала с частотой 5 МГц соответствует временному сдвигу в 555 пикосекунд.Тот же ответ можно получить, взяв период 5 МГц (200 наносекунд) и разделив его на 360.

Сравнение фаз

Сравнение фаз двух сигналов, обычно имеющих одинаковую номинальную частоту. В метрологии времени и частоты целью сравнения фаз обычно является определение смещения частоты тестируемого устройства (ИУ) относительно эталона.

Простое сравнение фаз можно выполнить, подключив два сигнала к двухканальному осциллографу.Осциллограф отобразит две синусоидальные волны, как показано на рисунке. Одна синусоида является тестовой частотой, а другая представляет собой сигнал от эталона.

Если бы две частоты были абсолютно одинаковыми, их фазовое соотношение не изменилось бы, и обе частоты казались бы неподвижными на дисплее осциллографа. Поскольку две частоты не совсем одинаковы, эталон кажется стационарным, а тестовый сигнал движется. Измеряя скорость движения тестового сигнала, мы можем определить его сдвиг частоты.Более сложные фазовые сравнения с гораздо меньшими погрешностями могут быть выполнены с помощью таких инструментов, как счетчики временных интервалов или системы разности времени с двойным смесителем.

Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)

Электронная схема, которая постоянно настраивается для согласования по фазе (и, таким образом, синхронизации) с частотой входного сигнала. Типичная PLL показана на диаграмме. Он состоит из генератора, управляемого напряжением (VCO), который настраивается с использованием выходного сигнала фазового детектора. Если частота VCO отклоняется от опорной частоты, фазовый детектор выдает напряжение ошибки, которое возвращает частоту VCO в соответствие с опорной частотой, удерживая ее «заблокированной».

Фазовый шум

Быстрые, кратковременные, случайные колебания фазы волны. В значительной степени фазовый шум можно устранить путем усреднения. Единицей, используемой для описания фазового шума, является дБн/Гц (дБ ниже несущей на 1 Гц ширины полосы). Отчеты о результатах измерения фазового шума должны включать как ширину полосы частот, так и несущую частоту.

Фазовый сдвиг

Изменение фазы периодического сигнала относительно эталона.Внезапное изменение фазы часто называют скачком фазы.

Пикосекунда (пс)

Единица времени, равная одной триллионной доли секунды (10 90 280 -12 90 281 с).

Прецизионность

Термин прецизионность может быть неоднозначным, поскольку он имеет несколько значений в метрологии времени и частоты. Из-за своей неоднозначности он не часто используется в количественном смысле. Обычно это относится к степени взаимного согласия между сериями отдельных измерений, значений или результатов.В этом случае точность аналогична стандартному отклонению. Точность также может использоваться для обозначения способности устройства многократно и без корректировок выдавать одно и то же значение или результат при одних и тех же входных условиях и в одной и той же среде. Такое использование точности делает его аналогом повторяемости, воспроизводимости или даже стабильности. В других случаях точность используется как мера способности компьютера различать почти равные значения. Например, компилятор или электронная таблица могут иметь 32-битную точность при выполнении вычислений с числами с плавающей запятой.В этом случае точность аналогична разрешению.

Протокол точного времени (PTP)

Стандартный протокол, определенный стандартом IEEE-1588 для передачи времени по сетям с коммутацией пакетов. Протокол точного времени (PTP) потенциально может обеспечить гораздо меньшую неопределенность, чем протокол сетевого времени (NTP), часто менее 1 мкс. Однако, в отличие от NTP, PTP обычно не реализуется через общедоступный Интернет. Вместо этого он обычно используется в частных или локальных сетях, где задержки на пути могут быть лучше измерены и оценены.Часы гроссмейстера являются эталоном времени для всех остальных часов в системе PTP. Другие часы обозначаются как обычные часы, которые имеют один порт PTP, и граничные часы, которые имеют несколько сетевых подключений и могут выполнять синхронизацию из одного сегмента сети в другой.

Первичный эталон

Эталон, который определен или широко признан как имеющий наивысшие метрологические качества и значение которого принимается без ссылки на другие эталоны того же количества.Например, стандарты цезиевых фонтанов в настоящее время признаны основными стандартами временного интервала и частоты. Эти стандарты оцениваются путем установления максимальных уровней сдвигов частоты, вызванных факторами окружающей среды. Суммируя или комбинируя эффекты этих частотных сдвигов, можно оценить неопределенность первичного эталона, не сравнивая его с другими эталонами.

В области времени и частоты термин «первичный эталон» иногда используется для обозначения любого цезиевого генератора, поскольку определение секунды в системе СИ основано на физических свойствах атома цезия.Термин «первичный стандарт» также широко используется, по крайней мере, в местном смысле, для обозначения наилучшего стандарта, доступного в данной лаборатории или учреждении.

Визуализация фазовых соотношений в конденсаторах

Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных тонким диэлектрическим слоем, который отделяет и изолирует две пластины друг от друга, поэтому они не имеют прямого или резистивного электрического соединения. Когда на пластины подается напряжение, они накапливают электрический заряд.

Конденсатор может принимать разные формы. Если пластины состоят из гибкой фольги, их можно свернуть в компактный цилиндр, что позволяет использовать пластины большой площади в малом форм-факторе. Если требуется низкая емкость, как в радиочастотных цепях, пластины могут состоять из двух небольших электродов, встроенных в керамику, которая служит диэлектрическим слоем.

Идеальные конденсаторы электрически определяются двумя параметрами: емкостью и рабочим напряжением. Рабочие вольты — это просто максимальное напряжение, которое можно приложить к конденсатору без риска создания ионизированного пути и создания постоянного проводящего пути через диэлектрический слой, разрушающего компонент.При замене неисправного конденсатора вы, как правило, можете перейти на более высокое рабочее напряжение, если оно помещается в пространстве, но вы не можете перейти на более низкое рабочее напряжение.

Противодействие конденсатора протеканию тока в цепи известно как емкостное реактивное сопротивление. Оно изменяется обратно пропорционально частоте приложенного напряжения. Если вы внимательно посмотрите на синусоиду, скорость изменения будет наибольшей, когда напряжение наименьшее, и скорость изменения будет наименьшей, когда напряжение достигает пика. Тот факт, что емкостная цепь реагирует не на величину напряжения, а на скорость его изменения, объясняет фазовый сдвиг, который можно наблюдать в двух каналах осциллографа, в одном из которых используется пробник напряжения, а в другом — пробник тока.

Уравнение, применимое ко всем конденсаторам, имеет вид Q = CV, где накопленные заряды в кулонах на двух пластинах равны Q и -Q, емкость в фарадах равна C, а приложенное напряжение равно V.

Соответствующее уравнение для емкостного сопротивления:
X C = 1/2πfC, где X C = емкостное сопротивление в омах; f = частота приложенного напряжения в Гц; и C = емкость в фарадах

Когда конденсатор соединен последовательно с резистором и к этой комбинации приложено напряжение, конденсатор будет заряжаться до тех пор, пока его напряжение не приблизится к напряжению источника.А при снятии напряжения оно будет снижаться, приближаясь к нулю. Если напряжения в каждом случае отобразить во временной области, амплитуду отложить по знакомой оси Y, а время отложить по оси X, представления будут представлять собой логарифмические нелинейные кривые, круто начинающиеся и выравнивающиеся по мере приближения к конечным точкам. . Точная форма этих кривых отражает постоянную времени комбинации резистор-конденсатор. Любая такая конфигурация имеет постоянную времени, основанную на емкости и сопротивлении.Например, если емкость конденсатора составляет 1 микрофарад, а резистора — 1000 Ом, постоянная времени равна произведению 1 мс. Хорошее приближение состоит в том, что конденсатор заряжается с точностью до 1% от значения, определяемого источником напряжения, за пятикратную постоянную времени.

Греческая буква τ (тау) — это символ, используемый для обозначения постоянной времени RC в секундах. Он равен емкости, умноженной на сопротивление. Таким образом, самое основное уравнение постоянной времени: τ = RC. Оно равно времени в секундах, за которое конденсатор последовательно с резистором заряжается от 0 В примерно до 63 В.2 % от приложенного постоянного напряжения или для последовательного разряда примерно до 36,8 % начального заряда. Другое уравнение связывает τ с частотой среза, fC в Гц: f C = 1/2 πfC.

Типичным способом определения поведения цепей является применение синусоидального сигнала напряжения и наблюдение за их характеристиками после достижения устойчивого состояния. Если цепь является линейной, такой как RC-цепь, ток и напряжение на каждом элементе также будут синусоидальными с той же частотой, но с разной величиной и фазой.

Вектор был введен для отображения фазовых соотношений. Чтобы определить реакцию схемы на любой синусоидальный сигнал, необходимо определить только амплитуду и фазу синусоидального сигнала. Для расчета такого вектора мы используем понятие импеданса. Полное сопротивление Z RC-цепи равно R+ iX, где X = 1/ωC, где R — сопротивление, а X — реактивное сопротивление конденсатора, обратно пропорциональное частоте входного синусоидального сигнала. Как комплексная величина импеданс Z будет иметь амплитуду и фазу.Фаза по определению арктангенс X/R.

На низких частотах, если ω стремится к нулю, фаза Z будет стремиться к 90°. Это потому, что 1/ωC ​​будет >>R, а в цепи преобладает конденсатор. С другой стороны, когда частота ω стремится к бесконечности R>> 1/ωC ​​и цепь ведет себя как чистое сопротивление. Следовательно, фазовый сдвиг будет равен нулю.

Следовательно, фазовый сдвиг будет меняться в зависимости от частоты от 90° до 0°, когда частота изменяется от почти нуля до бесконечности.Это связано с тем, что RC-цепь ведет себя как емкостная на низких частотах и ​​резистивная на высоких частотах.

Вы можете легко настроить схему, которая показывает соотношение фаз между током конденсатора и напряжением. С помощью простой схемы, показанной здесь, установите AFG или AWG примерно на 10 кГц с амплитудой сигнала ниже примерно 10 В. Идея состоит в том, чтобы использовать низкое значение для R, чтобы, по сути, напряжение между R и землей представляло ток конденсатора. Лучше всего запускать осциллограф с первого канала, который будет иметь более чистую форму сигнала.Большинство осциллографов в наши дни имеют программные клавиши курсора, которые позволяют точно измерить разность фаз между двумя синусоидами.

Вы также можете представить фазовый сдвиг в терминах модели Лиссажу. Установка горизонтального режима на XY и оставление второго канала работать, как и раньше, должны создать почти идеальный круг с некоторыми настройками элементов управления V/div. Окружность не будет идеальной из-за конечного сопротивления R, добавляемого к цепи.

Фазовая скорость и групповая скорость – Fosco Connect

Наложение световых волн

Когда мы анализируем результат двух или более простых гармонических колебаний (монохромных световых волн), мы обычно можем рассматривать его как простую сумму отдельных колебаний (волн), как показано ниже.

Примечание:

Эта линейная трактовка верна только для источников света малой мощности. Когда интенсивность мощности очень высока (например, при напряженности электрического поля 10 12 вольт/метр), будут возникать нелинейные эффекты, и метод простой суммы использовать не следует.

Однако в этом обсуждении мы можем использовать метод простой суммы.

Наложенные волны разных частот (очень небольшая разница) и удары

Теперь мы обсудим суперпозицию двух волн, которые имеют одинаковое направление колебаний, одинаковую амплитуду a , но разные частоту и волновое число ( ω 1 , k 1 , ω 9 ,

5 2

2 2

2 к 2 ).Однако разница в частоте очень мала. Это создаст очень интересное явление «бит».

Поскольку разность фаз между колебаниями постоянно меняется, то задание какой-либо начальной, отличной от нуля, разности фаз в данном случае, вообще говоря, не имеет большого значения.

Таким образом, мы можем предположить, что отдельные колебания имеют начальную фазу 0 и, следовательно, могут быть записаны как:

Тогда сумма этих двух волн равна:

Используя следующую треугольную формулу

Получаем

Затем мы вводим обозначение средней угловой частоты и среднего волнового числа

И частота модуляции ω m и волновое число модуляции k m

Получаем

Мы можем сделать

Тогда получаем

Это означает, что результирующая наложенная волна имеет угловую частоту, а ее амплитуда изменяется между 0 и 2a со временем t  и положением z .

На следующем рисунке показан результат наложения. Поскольку световые волны имеют очень высокую частоту, если ω 1 ≈ ω 2 , то  >> ω m , что означает, что A изменяется медленно, а E изменяется очень быстро.

 

Интенсивность I наложенной волны пропорциональна A 2 , имеем

или

Итак, интенсивность I варьируется между 0 и 4a 2 со временем t и положением z .Это явление называется « бить ». Из последней формулы видно, что частота биений в 2 раза превышает частоту модуляции )/2 , мы видим, что частота биений равна ω 1 — ω 2 .

Этот процесс, как чисто математический результат, можно проводить для любых значений ω 1 и ω 2 .Но его описание как явления «биения» имеет физический смысл, только если 1  — ω 2 | << ω 1  + ω 2 .

Фазовая скорость и групповая скорость

Ясно, что скорость монохромного света равна его скорости равнофазного распространения по поверхности. Однако в случае наложенной волны нам необходимо тщательно определить скорость ее распространения.

Продолжим использовать наложенное волновое уравнение сверху:

Наложенная волна имеет две скорости распространения: равнофазную поверхностную скорость распространения (называемую фазовой скоростью Vp ) и равноамплитудную поверхностную скорость распространения (называемую групповой скоростью Vg по определению Рэлея).

Фазовая скорость наложенной волны:

Фазовую скорость Vp можно получить, сохраняя фазу постоянной:

Затем, выполняя производную z, мы получаем фазовую скорость Vp наложенной волны:

Групповая скорость наложенной волны:

Точно так же мы можем получить групповую скорость Vg , сохраняя амплитуду постоянной:

Выполняя те же действия, получаем Групповую скорость наложенной волны:

, когда Δω очень мало, мы получаем:

Таким образом, Vg является частной производной от ω .

Связь между групповой скоростью Vg и фазовой скоростью Vp

Основываясь на определении Vp = ω/k , мы можем заменить ω на k*Vp , тогда мы получим

С

и

, тогда мы получаем

Дисперсия

Когда эти две монохромные волны распространяются в вакууме, они имеют одинаковую фазовую скорость c (скорость света в вакууме), а фазовая скорость наложенной волны равна ее групповой скорости (обе равны c).

Однако, когда эти две монохромные волны распространяются в диспергирующей среде, они будут иметь разные скорости, и поэтому наложенная волна будет иметь фазовую скорость Vp, отличную от ее групповой скорости Vg.

(Примечание: дисперсия означает, что в этой среде свет с разной длиной волны имеет разную фазовую скорость)

Таким образом, это означает, что чем больше dVp/dλ , тем больше разница скоростей для разных длин волн и тем больше разница между Vp и Vg наложенной волны.

Нормальная дисперсия

Если в дисперсионной среде dVp/dλ > 0, то свет с большей длиной волны распространяется быстрее, чем свет с меньшей длиной волны, это называется нормальной дисперсией.

В этом случае групповая скорость наложенной волны Vg меньше ее фазовой скорости Vp, а в некоторых случаях групповая скорость может быть даже отрицательной (распространяется назад)!

Лучше всего это видно из следующего видео.

Аномальная дисперсия

И, с другой стороны, если dVp/dλ < 0, то свет с большей длиной волны распространяется медленнее, чем свет с меньшей длиной волны, это называется аномальной дисперсией.

В этом случае групповая скорость наложенной волны Vg больше ее фазовой скорости Vp. Опять же, лучше всего это показано на следующей анимации.

Нулевая фазовая скорость

Когда монохромные волны распространяются в противоположных направлениях, они могут сделать фазовую скорость Vp наложенной волны равной 0,