Обгоняет ли ток напряжение в переменном токе?

[ReinRaus]

Здравствуйте.
Запутался в теории. Требуется построить распределение напряжения и силы тока в коаксиальном кабеле. На разомкнутый коаксиальный кабель (волновое сопротивление 4 Ом) подается переменный ток от генератора (Um=108 B).
Я хотел построить такой график:

то есть фазы тока и напряжения совпадают, ведь это логично, потому что по закону Ома U = IR, а значит напряжение прямо пропорционально силе тока.
Преподаватель же мне сказал, что ток должен быть смещен на π/2

Прав ли он? Если прав, то почему происходит смещение на π/2 ?

[UB0BAA]

разомкнутый коаксиальный кабель это что такое? длинный конденсатор. ёмкостная нагрузка. ток опережает напряжение. будет индуктивная нагрузка - произойдёт наоборот.
это же самые первые лекции по электротехнике. посмотрите статью (запишите лекцию?), постройте векторную диаграмму, и всё у вас получится. http://model.exponenta.ru/electro/0032.htm
ох уж эти вектора в переменном токе, всё крутяцца и крутяцца

[ReinRaus]

Спасибо. Что ответить преподавателю теперь ясно.
Возможно глупый вопрос, но в какой момент и вследствие какого процесса происходит опережение, если от генератора приходит синхронный по фазе переменный ток?
Ну вот например: идет первая волна синхронного тока от генератора, пересекает границу коаксиального кабеля и резко появляется смещение на 90 градусов?
И такой вопрос:

Вот на этой эквивалентной схеме длинной линии есть и индуктивность и емкость- почему будет смещение только от емкости? Куда пропадет смещение индуктивности?

[Слушатель эфира]

Вот на этой эквивалентной схеме длинной линии есть и индуктивность и емкость- почему будет смещение только от емкости? Куда пропадет смещение индуктивности?

В этой схеме получите распространяющуюся по кабелю (вправо) бегущую волну. И ток и напряжение на фронте будут переходить от нуля к максимальному значению. До фронта (влево) в линии будет постоянный ток и напряжение батареи. Если бы подключили генератор синусоидального сигнала, то ток и напряжение в фазе, соотношение между ними также, как по закону Ома.

Требуется построить распределение напряжения и силы тока в коаксиальном кабеле. На разомкнутый коаксиальный кабель (волновое сопротивление 4 Ом) подается переменный ток от генератора (Um=108 B).

А что, кабель настолько длинный, что в нём укладывается много длин волн с частотой генератора? Это исходя из Вашего рисунка.

[ReinRaus]

А что, кабель настолько длинный?

Да, частота генератора 59 МГц, значит длина волны примерно 5 метров, длина кабеля 23 метра.

Если бы подключили генератор синусоидального сигнала, то ток и напряжение в фазе, соотношение между ними также, как по закону Ома.

А эта схема применима для коаксиального кабеля? То есть преподаватель не прав и не должно быть смещения фаз напряжения и тока?

[Слушатель эфира]

эта схема применима для коаксиального кабеля? То есть преподаватель не прав и не должно быть смещения фаз напряжения и тока?

Эта схема применима, она эквивалент кабеля при стремлении индуктивностей и ёмкостей к нулю с сохранением соотношения равного волновому сопротивлению кабеля. Но только Вы привели случай бесконечного кабеля и в нём будет бегущая волна, а у Вас кабель конечной длины. В кабеле конечной длины разомкнутом на конце возникнет стоячая волна. Разомкнутый кабель может вести себя и как индуктивность и как ёмкость и как чисто активное сопротивление нулевое или бесконечно большое, если не учитывать потери в кабеле. Всё зависит от соотношения длины волны и кабеля.

Добавлено через 8 минут(ы):

частота генератора 59 МГц, значит длина волны примерно 5 метров, длина кабеля 23 метра

разомкнутый кабель до 1/4 волны имеет ёмкостную составляющую, далее и до 1/2 волны, индуктивную составляющую. Периодически всё повторяется. Вы можете от кабеля отрезать кусок равный длине волны и картина не поменяется. Чтобы дать точные значения амплитуд и фаз тока, надо высчитать значения комплексного сопротивления куска кабеля, поищите формулы. Зная комплексное сопротивление найдёте амплитуду и фазу тока по отношению к напряжению

[ReinRaus]

Всё зависит от соотношения длины волны и кабеля.

А как выявить эту зависимость? Связана ли она с входным сопротивлением? Из расчетов следует, что входное сопротивление кабеля равно -j66 Ом. Или это связано с другими параметрами?

Полный текст задачи, чтобы больше не возвращаться к параметрам:

Определить входное сопротивление разомкнутого на конце коаксиального кабеля, показать графически распределение тока и напряжения вдоль него, если волновое сопротивление кабеля 48 Ом, длина кабеля 23 м, частота питающего генератора 59 МГц и амплитуда напряжения 108 В.

Из расчетов следует, что длина волны - 5 метров, входное сопротивление -j66 Ом.

[Слушатель эфира]

Из расчетов следует, что входное сопротивление кабеля равно -j66 Ом

Я не посчитаю сейчас. Если высчитали правильно то определяйте амплитуду, а фаза сдвиг на пи/2

[ReinRaus]

Я не посчитаю сейчас

Не надо, спасибо. Я уже все посчитал. Меня интересует не решение задачи, а теория данного вопроса в части касающейся сдвига фазы тока относительно напряжения.
Я предыдущие 2 дня потратил на чтение учебников/форумов/статей, но так и не нашел для себя ответа какой должен быть сдвиг фаз.

[Слушатель эфира]

теория данного вопроса в части касающейся сдвига фазы тока относительно напряжения.

Теория этого вопроса исходит из распространения волн по кабелю, отражению волны от конца - либо разомкнутого либо замкнутого. Соответственно в первом случае на конце ток равен нулю, во втором напряжение.
Почему у Вас непонятки, если Вы высчитали комплексное сопротивление, мне непонятно. Закон Ома для комплексных сопротивлений такой же. Ну а фаза, она ведь и определяется комплексной частью и реальной. Если реальная равна нулю, то фаза сдвинута ровно на 90 градусов.