Что называется реактивным сопротивлением

Основы автоэлектрики. Часть4. Реактивные сопротивления.

Мы уже охватили достаточно глубоко базу понятий электротехнических законов, но она будет недостаточно полной для линейных (пассивных) элементов (электронных компонентов, радиодеталей) без изучения реактивных сопротивлений, которые возникают в индуктивных и емкостных компонентах.

Но для начала, дабы у нас не возникало сомнений далее по тексту, дам некоторые определения:

Электронный компонент — минимальный компонент электрической схемы. Сюда мы относим резисторы, конденсаторы, диоды, проводники, тумблеры, лампы, транзисторы и так далее. Многие их называют радиодеталями, что на мой взгляд сегодня менее актуально, нежели тридцать лет назад до возникновения цифровой электроники.

Пассивные электронные компоненты (они же — линейные) — это электронные компоненты, вольтамперные характеристики которых линейны. Как это понять? Да просто: подали какой-то ток, получили какое-то напряжение. Подали в энное количество раз больший или меньший ток, получили во столько же раз большее или меньшее напряжение. Сюда относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы проводники, предохранители, переключатели, кварцевые резонаторы и тому подобные.

Активные электронные компоненты (они же — нелинейные) — это те компоненты, вольтамперные характеристики которых нелинейны. Это сегодня в большей мере полупроводниковые элементы (диоды, стабилитроны, светодиоды, транзисторы, микроконтроллеры и т.д.) и менее востребованные сегодня электровакуумные компоненты (к примеру, знакомые тем, кому за тридцать, радиолампы). Тут при изменении тока напряжение будет изменяться нелинейно. К примеру, стабилитрон до какого-то значения напряжения будет пропускать минимальный ток, а при преодолении порога ток резко увеличится.

Фактически вольтамперная характеристика — это ничто иное как сопротивление. И если у пассивных оно не зависит от подаваемового тока или прикладываемого напряжения, то у активных сопротивление зависит от этих параметров.

Теперь подробнее о видах сопротивления:

Активное сопротивление — это то сопротивление, которое не зависит от изменения тока или напряжения.
Реактивное сопротивление — это то сопротивление, которое зависит от изменения тока или напряжения.

Тут следует обратить внимание, что реактивное сопротивление зависит не от величины тока или напряжения (как, к примеру, активное сопротивление активных электронных компонентов), а зависит именно от изменения и собственных характеристик компонента. От слова “реакция”. Если элемент обладает только активным сопротивлением, то реакция падения напряжения на изменение тока будет практически мгновенной и будет оставаться таковым до тех пор, пока значение тока сохраняется. Если элемент обладает реактивным сопротивлением, то происходит некий эффект запаздывания, инерции на изменение тока или напряжения.

Реактивным сопротивлением обладают емкостные и индуктивные пассивные электронные компоненты.
Сегодня мы не будем рассматривать конструкции, разновидности и прочие тонкости конденсаторов и катушек индуктивностей, а взглянем на них лишь с точки зрения реактивного сопротивления.

1. Катушка индуктивности как элемент реактивного сопротивления.

Рассмотрим известную нам уже схему с делителем:

Мы уже смотрели, как зависит падение напряжения на каждом из резисторов, которые обладают (говорим уже сегодняшним языком) активным сопротивлением. Если картинка не знакома, советую ещё раз прочитать предыдущую часть цикла статей.

Т.е. как работает активное сопротивление нам уже понятно. Что же будет, если, к примеру, вместо резистора R2 мы установим катушку индуктивности (дроссель)?

Для начала условно-графическое обозначение катушки индуктивности:

Представим, что дроссель обладает нулевым внутренним активным сопротивлением (на деле, конечно же, оно немного больше нуля, так как это провод). При включении тумблера S1 будет происходить следующее:
— Всё напряжение упадёт на дросселе, при этом на резисторе будет нулевое напряжение. Ток через дроссель, а значит через всю цепь идти не будет. Катушка индуктивности по сути будет имитировать обрыв в цепи.
— Далее сопротивление катушки начинает снижаться, тем самым пропуская через себя ток. Напряжение на дросселе начнёт снижаться, а на резисторе расти.
— В конечном счёте значение тока цепи достигнет своего пика, всё напряжение упадёт на резисторе R1, а на дросселе напряжение будет равно нулю, т.е. дроссель превратится в провод.

Какое максимальное значение тока, при котором система придёт в состояние покоя? Очевидно, что если дроссель превратится в провод с нулевым активным сопротивлением, то ток будет равен:

В реальности, конечно же, некоторое активное сопротивление дросселя имеется, считается аналогично как для провода, из которого намотан дроссель, но оно, как правило, ничтожно мало по сравнению со всей цепью.

R2 в нашем примере — реактивное сопротивление и проявляет себя лишь в момент изменения напряжения данной цепи. В нашем рассмотренном случае — при включении тумблера. Если же мы приложим вместо постоянного переменное напряжение, то будет происходить некоторое раскачивание цепи по тому же принципу, что и при включении/выключении тумблера, только с периодичностью переменного тока.

Думаю, как работает активное сопротивление в цепи с индуктивным элементом понятно. Не понятно пока лишь то, как долго происходит реакция цепи на изменение. Но об этом позже.

2. Конденсатор как элемент реактивного сопротивления.

А пока рассмотрим ту же цепь, но теперь вместо R2 расположим конденсатор.

Конденсатор обозначается так:

Как поведёт себя цепь в данном случае?
— Сначала всё напряжение достанется резистору. Реакция цепи будет аналогичной той, когда конденсатора нет вообще, а вместо него провод.
— Далее начнёт происходить заряд пластин конденсатора, ток цепи будет снижаться, напряжение на резисторе начнёт снижаться, а на конденсаторе расти.
— В конечном счёте, когда конденсатор зарядится, на резисторе напряжение будет равно нулю, ток в цепи перестанет протекать, а всё напряжение упадёт на конденсаторе. Конечная схема будет эквивалента той, если бы вместо R2 был бы обрыв цепи.

Таким образом ведёт себя емкостное реактивное сопротивление. Конечно же, в реальности у конденсаторов имеется некоторое небольшое активное сопротивление, которое можно изобразить, как последовательно включенный резистор ёмкости, и некоторое достаточно большое (несколько мегаом), которое можно изобразить как параллельно включенный ёмкости резистор. Но в большинстве задач ими можно пренебречь, хотя бывают цепи, где этим сопротивлениям требуется уделить отдельное внимание. Но на данном этапе это лишнее.

3. Заключение.

Сегодня мы коснулись понятия реактивного сопротивления и посмотрели, как и на каких электронных компонентах оно проявляется.

Что можно сказать о двух рассмотренных видах реактивного сопротивления? Они проявляются абсолютно противоположным образом: в момент включения конденсатор — провод, а дроссель — обрыв, в момент окончания реакции конденсатор — обрыв, а дроссель — провод.

Имеется определённое время реакций цепей с реактивными сопротивлениями, которые мы рассмотрим в следующих статьях на примерах фильтров частот, как самых простых цепях. Кроме того, немного постараемся вникнуть в суть цепей, в которых есть оба вида реактивных сопротивлений, самый популярный из которых носит название колебательного контура. Ну, и конечно же, постараемся немного посчитать.

Конечно, пока малопонятно многим, какую эти знания приносят пользу в автоэлектрике, но советую посмотреть по капот, на приборку или блок управления ДВС и задуматься, что же определяет временные характеристики всего этого добра, почему некоторые проблемы возникают “время от времени” или “при определённых условиях” и что скрывается за понятиями “цепи защиты”? Без элементарного понимания, как же себя проявляют пассивные компоненты, дальнейшее развитие в автоэлектрике невозможно. Конечно, в большинстве случаев на правильность подключения магнитолы, установку сигнализации или замену умершего датчика это особо не влияет, хотя и тут как знать… как знать…

А сегодня на сим всё!
Продолжение следует;)

Реактивное сопротивление

Реактивное сопротивление определяет мнимую часть импеданса:

, где — импеданс, — величина активного сопротивления, — величина реактивного сопротивления, — мнимая единица.

В зависимости от знака величины какого-либо элемента электрической цепи говорят о трёх случаях:

  • 0 ,” border=”0″ /> — элемент проявляет свойства индуктивности.
  • — элемент имеет чисто активное сопротивление.
  • — элемент проявляет ёмкостные свойства.

Величина реактивного сопротивления может быть выражена через величины индуктивного и ёмкостного сопротивлений:

Индуктивное сопротивление () обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующее изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности элемента и частоты протекающего тока:

Ёмкостное [1] сопротивление (). Величина ёмкостного сопротивления зависит от ёмкости элемента и также частоты протекающего тока :

Здесь — циклическая частота, равная .

Прямая и обратная зависимость этих сопротивлений от частоты тока приводит к тому, что с увеличением частоты всё бо́льшую роль начинает играть индуктивное сопротивление и всё меньшую ёмкостное.

Примечания

  1. Неправильно говорить «емкостно́е».

  • Добавить иллюстрации.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Напор (гидродинамика)
  • Филин, Александр Иванович

Смотреть что такое “Реактивное сопротивление” в других словарях:

РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической емкостью и индуктивностью цепи (ее участка). Реактивное сопротивление синусоидальному току при последовательном соединении индуктивного и емкостного элементов… … Большой Энциклопедический словарь

реактивное сопротивление — Параметр пассивного двухполюсника, равный квадратному корню из разности квадратов полного и активного электрических сопротивлений двухполюсника, взятому со знаком плюс, если электрический ток отстает по фазе от электрического напряжения, и со… … Справочник технического переводчика

реактивное сопротивление КЗ — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN short circuit reactance … Справочник технического переводчика

реактивное сопротивление — 147 реактивное сопротивление Параметр пассивного двухполюсника, равный квадратному корню из разности квадратов полного и активного электрических сопротивлений двухполюсника, взятому со знаком плюс, если электрический ток отстает по фазе от… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

реактивное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической ёмкостью и индуктивностью цепи (её участка). Реактивное сопротивление синусоидальному току при последовательном соединении индуктивного и ёмкостного элементов… … Энциклопедический словарь

реактивное сопротивление — reaktyvioji varža statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. reactance; reactive resistance vok. Blindwiderstand, m; imaginärer Widerstand, m; Reaktanz, f; reaktiver Widerstand, m rus. реактивное сопротивление, n pranc. réactance, f … Automatikos terminų žodynas

реактивное сопротивление — reaktyvioji varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kintamosios srovės grandinės varža, sudaryta iš induktyviosios ir talpinės varžų. atitikmenys: angl. reactance; reactive resistance vok. Blindwiderstand, m; Reaktanz, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

реактивное сопротивление — reaktyvioji varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kompleksinės elektrinės varžos menamoji dalis. atitikmenys: angl. reactance; reactive resistance vok. Blindwiderstand, m; Reaktanz, f rus. реактанс, m; реактивное… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

реактивное сопротивление — reaktyvioji varža statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistemos kintamosios srovės varža, sudaryta iš induktyviosios ir talpinės varžų. atitikmenys: angl. reactance; reactive resistance rus. реактанс; реактивное сопротивление ryšiai: sinonimas –… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

реактивное сопротивление — reaktyvioji varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reactance; reactive resistance vok. Blindwiderstand, m; imaginärer Widerstand, m; Reaktanz, f; reaktiver Widerstand, m rus. реактанс, m; реактивное сопротивление, n pranc. réactance,… … Fizikos terminų žodynas

Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

Активное и реактивное сопротивление

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, пропорционально активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Значение словосочетания «реактивное сопротивление»

  • Реакти́вное сопротивле́ние (реактанс) — электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю (и обратно).

Реактивное сопротивление определяет мнимую часть полного сопротивления (импеданса):

— полное сопротивление или импеданс,

— величина активного сопротивления,

— величина реактивного сопротивления,

В зависимости от знака величины

какого-либо элемента электрической цепи говорят о трёх случаях:

— элемент проявляет свойства индуктивности.

— элемент имеет чисто активное сопротивление.

Ассоциации к слову «реактивный&raquo

Ассоциации к слову «сопротивление&raquo

Синонимы к словосочетанию «реактивное сопротивление&raquo

Предложения со словосочетанием «реактивное сопротивление&raquo

  • Такое поведение называется реактивным сопротивлением или полярной реакцией.

Цитаты из русской классики со словосочетанием «реактивное сопротивление»

  • — Неужели ты без всякого сопротивления подчинишься насилию, позволишь разорвать священную связь между матерью и ребенком и попрать ногами нашу любовь? Если ты допустишь это сделать, в твоих жилах нет ни капли моей крови — ты не мой сын.

Сочетаемость слова «реактивный&raquo

  • реактивный самолёт
    реактивные двигатели
    реактивные снаряды
  • со скоростью реактивного самолёта
    реактивные системы залпового огня
    лаборатория реактивного движения
  • (полная таблица сочетаемости)

Сочетаемость слова «сопротивление&raquo

  • наименьшее сопротивление
    серьёзное сопротивление
    упорное сопротивление
  • сопротивление противника
    сопротивление воздуха
    сопротивление врага
  • движение сопротивления
    сила сопротивления
    путь наименьшего сопротивления
  • сопротивление прекратилось
    сопротивление ослабло
    сопротивление слабело
  • оказать сопротивление
    не встречать сопротивления
    преодолеть сопротивление
  • (полная таблица сочетаемости)

Понятия со словосочетанием «реактивное сопротивление»

Афоризмы русских писателей со словом «реактивный&raquo

  • Где бы в наш век ни начинались войны, реактивный ветер в одни сутки может разбросать головешки по всему свету.

Отправить комментарий

Дополнительно

  • Как правильно пишется слово «реактивный»
  • Как правильно пишется слово «сопротивление»
  • Разбор по составу слова «реактивный» (морфемный разбор)
  • Разбор по составу слова «сопротивление» (морфемный разбор)

Предложения со словосочетанием «реактивное сопротивление&raquo

Такое поведение называется реактивным сопротивлением или полярной реакцией.

Это равенство будет иметь место, если xL= xC, т. е. реактивное сопротивление цепи равно нулю: x= xL– xC.

При этом оценивается изменение напряжения на диагонали реактивного сопротивления.

Синонимы к словосочетанию «реактивное сопротивление&raquo

  • полное сопротивление
  • входное сопротивление
  • индуктивное сопротивление
  • реактивный элемент
  • реактивная мощность
  • (ещё синонимы. )

Ассоциации к слову «реактивный&raquo

  • реактор
  • реактивы
  • реактив
  • реакция
  • самолёты
  • (ещё ассоциации. )

Ассоциации к слову «сопротивление&raquo

  • противовес
  • сопротивляться
  • ополченец
  • против
  • борьба
  • (ещё ассоциации. )

Сочетаемость слова «реактивный&raquo

  • реактивный самолёт
  • реактивные двигатели
  • со скоростью реактивного самолёта
  • реактивные системы залпового огня
  • (полная таблица сочетаемости. )

Сочетаемость слова «сопротивление&raquo

  • наименьшее сопротивление
  • сопротивление противника
  • движение сопротивления
  • сопротивление прекратилось
  • оказать сопротивление
  • (полная таблица сочетаемости. )

Морфология

  • Разбор по составу слова «реактивный»
  • Разбор по составу слова «сопротивление»

Правописание

  • Как правильно пишется слово «реактивный»
  • Как правильно пишется слово «сопротивление»

Карта слов и выражений русского языка

Онлайн-тезаурус с возможностью поиска ассоциаций, синонимов, контекстных связей и примеров предложений к словам и выражениям русского языка.

Справочная информация по склонению имён существительных и прилагательных, спряжению глаголов, а также морфемному строению слов.

Сайт оснащён мощной системой поиска с поддержкой русской морфологии.

Активное и реактивное сопротивление

В этой статье мы поведем речь о таких параметрах, как активное и реактивное сопротивление.

Активное сопротивление

И начнем мы статью не с реактивного сопротивления, как ни странно, а с простого и всеми нами любимого радиоэлемента – резистора, который, как говорят, обладает активным сопротивлением. Еще иногда его называют омическим. Как нам говорит вики-словарь, “активный – это деятельный, энергичный, проявляющий инициативу”. Активист готов всегда рвать и метать даже ночью. Он готов ПОЛНОСТЬЮ выложиться и потратить всю энергию во благо общества.

То же самое можно сказать и про другие нагрузки, обладающие активным сопротивлением. Это могут быть различные нагревательные элементы, типа тэнов, а также лампы накаливания.

Как смотреть силу тока в цепи через осциллограф

Чем же резистор отличается от катушки индуктивности и конденсатора? Понятное дело, что выполняемыми функциями, но этим все не ограничивается. Итак, давайте рассмотрим самую простую схемку во всей электронике:

На схеме мы видим генератор частоты и резистор.

Давайте визуально посмотрим, что у нас творится в этой схеме. Для этого, как я уже сказал, нам понадобится генератор частоты

С помощью него мы будем смотреть напряжение и силу тока .

Но ведь осциллограф предназначен для того, чтобы рассматривать форму сигнала напряжения? Как же мы будем рассматривать форму сигнала силы тока? А все оказывается просто). Для этого достаточно вспомнить правило шунта.

Кто не помнит – напомню. Имеем обыкновенный резистор:

Что будет, если через него прогнать электрический ток?

На концах резистора у нас будет падение напряжения. То есть, если замерить с помощью мультиметра напряжение на его концах, мультиметр покажет какое-то значение в Вольтах

И теперь главный вопрос: от чего зависит падение напряжения на резисторе? В дело опять же вступает закон Ома для участка цепи: I=U/R. Отсюда U=IR. Мы видим зависимость от номинала самого резистора и от силы тока, текущей в данный момент в цепи. Слышите? От СИЛЫ ТОКА! Так почему бы нам не воспользоваться таким замечательным свойством и не глянуть силу тока через падение напряжения на самом резисторе? Ведь номинал резистора у нас постоянный и почти не изменяется с изменением силы тока ;-)

Осциллограмма силы тока на активном сопротивлении

В данном опыте нам не обязательно знать номинал силы тока в цепи. Мы будем просто смотреть, от чего зависит сила тока и изменяется ли вообще?

Поэтому, наша схема примет вот такой вид:

В этом случае шунтом будет являться резистор сопротивлением в 0,5 Ом. Почему именно 0,5 Ом? Да потому что он не будет сильно греться, так как обладает маленьким сопротивлением, а также его номинал вполне достаточен, чтобы снять с него напряжение.

Осталось снять напряжение с генератора, а также со шунта с помощью осциллографа. Если вы не забыли, со шунта мы снимаем осциллограмму силы тока в цепи. Красная осциллограмма – это напряжение с генератора Uген , а желтая осциллограмма – это напряжение с шунта Uш , в нашем случае – сила тока. Смотрим, что у нас получилось:

Частота 28 Герц:

Частота 285 Герц:

Частота 30 Килогерц:

Как вы видите, с ростом частоты сила тока у нас осталась такой же.

Давайте побалуемся формой сигнала:

Как мы видим, сила тока полностью повторяет форму сигнала напряжения.

Итак, какие можно сделать выводы?

1) Сила тока через активное (омическое) сопротивление имеет такую же форму, как и форма напряжения.

2) Сила тока и напряжение на активном сопротивлении совпадают по фазе, то есть куда напряжение, туда и ток. Они двигаются синфазно, то есть одновременно.

3) С ростом частоты ничего не меняется (если только на очень высоких частотах).

Конденсатор в цепи переменного тока

Ну а теперь давайте вместо резистора поставим конденсатор.

Как вы видите, конденсатор обладает сопротивлением, так как сила тока в цепи значительно уменьшилась. Но обратите внимание, что произошел сдвиг желтой осциллограммы, то бишь осциллограммы силы тока.

Вспоминаем алгебру старшие классы. Итак, полный период T – это

Теперь давайте прикинем, какой сдвиг фаз у нас получился на графике:

Где-то примерно П/2 или 90 градусов.

Почему так произошло? Во всем виновато физическое свойство конденсатора. В самые первые доли секунд, конденсатор ведет себя как проводник с очень малым сопротивлением, поэтому сила тока в этот момент будет максимальна. В этом можно легко убедиться, если резко подать на конденсатор напряжение и в начальный момент времени посмотреть, что происходит с силой тока

Красная осциллограмма – это напряжение, которое мы подаем на конденсатор, а желтая – это сила тока в цепи конденсатора. По мере заряда конденсатора сила тока падает и достигает нуля при полном заряде конденсатора.

К чему приведет дальнейшее увеличение частоты? Давайте посмотрим:

Как вы видите, с увеличением частоты, у нас сила тока в цепи с конденсатором возрастает.

Реактивное сопротивление конденсатора

Как мы увидели с прошлого опыта, с увеличением частоты растет сила тока! Кстати, у резистора не росла. То есть получается в данном случае из закона Ома, что сопротивление конденсатора зависит от частоты! Да, все так оно и есть. Но называется оно не просто сопротивлением, а реактивным сопротивлением и вычисляется по формуле:

Хс – реактивное сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и приблизительно равна 3,14

С – емкость конденсатора, Фарад

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Ну а теперь давайте возьмем катушку индуктивности вместо конденсатора:

Проводим все аналогичные операции, как и с конденсатором. Смотрим на осциллограммы в цепи с катушкой индуктивности:

Если помните, вот такую осциллограмму мы получили в схеме с конденсатором:

Видите разницу? На катушке индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, на П/2, или, как еще говорят, на четверть периода (весь период у нас или 360 градусов).

Так-так-так…. Давайте соберемся с мыслями. То есть в цепи с переменным синусоидальным током, ток на конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов, а на катушке индуктивности ток отстает от напряжения тоже на 90 градусов? Да, все верно.

Почему на катушке ток отстает от напряжения?

Не будем углубляться в различные физические процессы и формулы, просто сочтем за данность, что сила тока не может резко возрастать на катушке индуктивности. Для этого проведем простой опыт. Так же как и на конденсатор, мы резко подадим напряжение на катушку индуктивности, и посмотрим, что случилось с силой тока.

Как вы видите, при резкой подаче напряжения на катушку, сила тока не стремится также резко возрастать, а возрастает постепенно, если быть точнее, по экспоненте.

Давайте вспомним, как это было у конденсатора:

Все с точностью наоборот! Можно даже сказать, что катушка – это полная противоположность конденсатору ;-)

Ну и напоследок давайте еще побалуемся частотой:

С уменьшением частоты сила тока через катушку увеличивается.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

Из опыта выше мы можем сделать вывод, что сопротивление катушки зависит от частоты и вычисляется по формуле

ХL – сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

ХL – сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

ХL – сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

ХL – реактивное сопротивление катушки, Ом

П – постоянная и равна приблизительно 3,14

П – постоянная и приблизительно равна 3,14

L – индуктивность, Генри

Мощность в цепи с реактивными радиоэлементами

Для дальнейшего объяснения этого явления нам потребуется наша осциллограмма с катушки индуктивности:

Итак, давайте выделим на ней один период и разделим его на 4 части, то есть по 90 градусов каждая или π/2.

Давайте начнем с такого понятия, как мощность. Если не забыли, мощность – это сила тока помноженное на напряжение, то есть P=IU. Итак, в первую четвертинку периода t1 у нас напряжение принимает положительные значения и сила тока тоже положительное. Плюс на плюс дает плюс. В эту четверть периода энергия поступает из источника в реактивное сопротивление.

Теперь давайте рассмотрим отрезок времени t2. Здесь ток со знаком “плюс”, а напряжение со знаком “минус”. В итоге плюс на минус дает минус. Получается мощность со знаком “минус”. А разве так бывает? Еще как бывает! В этот промежуток времени реактивный радиоэлемент отдает запасенную энергию обратно в источник напряжения. Для лучшего понимания давайте рассмотрим простой житейский пример.

Представим себе кузнеца за работой:

Не знаю, какое было у вас детство, но я когда был пацаном, брал свинец с аккумуляторов и плющил его в металлические пластинки. И что думаете? Свинец нагревался. Не так, чтобы прям обжигал, а был тепленький на ощупь. То есть моя энергия удара превращалась в тепло, можно даже сказать, в полезную энергию.

А что если взять пружину от стоек ВАЗа и ударять по ней?

С пружиной не станет НИ-ЧЕ-ГО! Она ведь не свинец. Но… заметьте вот такую вещь: как только мы начинаем “плющить” пружину кувалдой, у нас она начинает сжиматься. И вот она сжалась до упора и… выстрелила вверх, подхватив с собой тяжелую кувалду, которая только что пыталась ее расплющить. То есть в данном случае энергия вернулась обратно в источник энергии, то есть обратно к кузнецу. Он вроде как и пытался расплющить пружину, но пружина вернула энергию обратно своим разжатием. То есть кузнецу не надо уже было подымать тяжелый молот, так как за него это уже сделала пружина.

Разжатие пружины и возврат ею энергии обратно – это и есть отрицательная мощность. В этом случае энергия возвращается обратно в источник. Хорошо ли это или плохо – это уже другая история.

В третий промежуток времени t3 и ток и напряжение у нас со знаком “минус”. Минус на минус – это плюс. То есть реактивный элемент снова поглощает энергию, ну а на t4, снова ее отдает, так как плюс на минус дает минус.

В результате за весь период у нас суммарное потребление энергии равно чему?

Так что же это получается тогда? На катушке и конденсаторе не будет выделяться никакой энергии? Получается так. Поэтому в схемах они чаще всего холодные, хотя могут быть и слегка теплыми, так как реальные параметры катушки и конденсатора выглядят совсем по другому.

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности выглядит вот так:

RL – это сопротивление потерь. Это могут быть потери в проводах, так как любой провод обладает сопротивлением. Это могут быть потери в диэлектрике, потери в сердечнике и потери на вихревые токи. Как видите, раз есть сопротивление, значит на нем может выделяться мощность, то есть тепло.

L – собственно сама индуктивность катушки

С – межвитковая емкость.

А вот и эквивалентная схема реального конденсатора:

r – сопротивление диэлектрика и корпуса между обкладками

С – собственно сама емкость конденсатора

ESI (ESL) – эквивалентная последовательная индуктивность

Здесь мы тоже видим такие параметры, как r и ESR, которые на высоких частотах будут еще лучше себя проявлять, благодаря скин-эффекту. Ну и, соответственно, на них будет выделяться мощность, что приведет к небольшому малозаметному нагреву.

Резюме

Резистор обладает активным (омическим) сопротивлением. Катушка индуктивности и конденсатор обладают реактивным сопротивлением.

В цепи переменного тока на конденсаторе ток опережает напряжение на 90 градусов, а на катушке ток отстает от напряжения на 90 градусов.

Сопротивление катушки вычисляется по формуле

Сопротивление конденсатора вычисляется по формуле:

В цепи переменного тока на идеальном реактивном сопротивлении не выделяется мощность.

Реальные катушка и конденсатор имеют в своем составе паразитные параметры, которые имеют некоторое сопротивление. Поэтому реальные катушка и конденсатор не обладают чисто реактивным сопротивлением.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий