Die Resonanz von Spannungen tritt in einem elektrischen Schaltkreis auf, der mehrere Elemente umfasst: eine Stromquelle, eine Induktivität und einen Kondensator. Die aufgeführten Elemente sind in Reihe geschaltet. In diesem Fall hat die Spannungsquelle eine Frequenz, die mit der inneren Schleife übereinstimmt. Dies wird häufig in Bandpassfiltern verwendet.
Inhalt
- Serielle Verbindung
- Wechselstromkreis
- Resonanzkonzept
- Nutzen und Schaden
Serielle Verbindung
Die Induktorspule und der im Stromkreis in Reihe geschaltete Kondensator wirken in besonderer Weise zusammen auf den Generator, von dem der Stromkreis gespeist wird. Ebenfalls sie beeinflussen die Phasenbeziehung von Spannung und Strom:
- Das erste Element verschiebt die Phase, während die Spannung den Strom um etwa ein Viertel der Periode zu überholen beginnt.
- Das zweite Element wirkt anders. Es bewirkt, dass der Strom die Spannung auch um ein Viertel der Phasenperiode überholt.
Der induktive Widerstand wirkt auf die Phasenverschiebung, weshalb er als das Gegenteil des kapazitiven Widerstandes angesehen werden kann. Als Ergebnis hängt die letzte Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom in der Schaltung von der Gesamtwirkung der induktiven und kapazitiven Widerstände sowie deren Beziehung ab. Davon hängt auch die Beschaffenheit der Kette ab.
Übersteigt der gleichnamige Wert das Gegenteil, kann das System als kapazitiv bezeichnet werden, da der Strom in der Phase überlegen ist. In einer anderen Situation wird die Natur der Schaltung als induktiv betrachtet, da die Spannung dominiert.
Die Gesamtreaktanz ist leicht zu bestimmen. Es ist notwendig, zwei Widerstandsindikatoren hinzuzufügen:
- Induktiv von Spule.
- Kapazitiv von einem Kondensator.
Aufgrund der gegenteiligen Wirkung wird einem von ihnen ein negatives Vorzeichen (normalerweise die Kapazität eines Kondensators) zugewiesen. Dann kann die Gesamtreaktanz wie folgt ermittelt werden: Ziehen Sie den Kondensator vom Spulenindex ab. Wenn die Gesamtspannung durch den gefundenen Parameter geteilt wird, erhält man nach dem Ohmschen Gesetz den Strom. Diese Formel kann leicht geändert werden, indem man sie in Spannung umwandelt. Er ist gleich dem Produkt der Stromstärke und der Differenz zwischen den beiden Widerständen (der induktive wird von der Spule genommen und der kapazitive wird vom Kondensator genommen).
Wenn Sie die Klammer öffnen, spiegelt der erste Wert das tatsächliche Maß des Teils der Gesamtspannung wider, der versucht, den Widerstand zu überwinden. Die zweite ist die Komponente der gesamten Spannung, die versucht, den kapazitiven Parameter zu überwinden. Die Gesamtspannung kann also als Summe dieser Terme betrachtet werden.
Normalerweise kann der Widerstandswert vernachlässigt werden. Wenn es zu groß ist, müssen Sie es dennoch berücksichtigen.
Um diesen Wert zu bestimmen Sie müssen die Quadratwurzel der Summe der beiden Teile berechnen:
- Gesamtwiderstand im Quadrat.
- Das Quadrat der Differenz zwischen induktivem und kapazitivem Widerstand, also die Gesamtreaktanz.
Der Übergang zum Ohmschen Gesetz ist offensichtlich. Wenn Sie den Strom durch den gefundenen Wert teilen, erhalten Sie die Spannung.
Wechselstromkreis
Wenn Sie eine Spule mit einem Kondensator in Reihe schalten, gibt es weniger Phasenverschiebung als wenn diese Elemente separat geschaltet würden. Dies liegt daran, dass diese Elemente auf völlig unterschiedliche Weise auf die Kette einwirken und das Gleichgewicht in verschiedene Richtungen verschieben. Sie kompensieren die Phasenverschiebung, mitteln ihren Wert.
Gleiches Gleichgewicht ist ebenfalls möglich. Eine vollständige Kompensation des Verhältnisses zwischen Spannung und Strom erfolgt, wenn die Widerstände von Spule und Kondensator gleich sind. In diesem Fall verhält sich die Kette so, als wären diese Elemente nicht enthalten. Die Wirkung des Systems wird auf den aktiven Nettowiderstand reduziert, der durch die Anschlussdrähte und die Spule gebildet wird. Die Stromstärke erreicht ihren maximalen Wert, er kann nach dem Standard Ohmschen Gesetz berechnet werden.
Resonanzkonzept
In der beschriebenen Situation gleichen sich die effektiven Spannungen an Spule und Kondensator an und erreichen auch den Maximalwert. Wenn der aktive Widerstand in diesem Stromkreis minimal ist, sind die lokalen Anzeigen um ein Vielfaches höher als die Gesamtspannung. Dieses Phänomen wird normalerweise als Spannungsresonanz bezeichnet.
Es ist wichtig, das zu verstehen lokale Widerstände hängen direkt von den aktuellen Indikatoren ab. Wenn die Frequenz des Stroms verringert wird, nimmt der induktive Wert ab und der kapazitive Wert erhöht sich. Neben dem aktiven Widerstand entsteht im Netzwerk auch ein reaktiver Widerstand, wodurch die Resonanz zunichte gemacht wird. Dies geschieht auch, wenn Sie die Werte der Induktivität oder Kapazität ändern.
Wenn im Stromkreis eine Resonanz auftritt, wird die Energie der Quelle ausschließlich zum Erhitzen der Drähte verwendet, d Überwindung des aktiven Widerstands, da die Spule den Strom ohne Kraftaufwand zum Kondensator und zurück überträgt Generator. Tatsächlich schwankt der Strom in einem Stromkreis mit einem der Elemente und fließt periodisch von der Quelle zum Magnetfeld. Dies betrifft die Spule. Bei einem Kondensator wird eine ähnliche Situation beobachtet, nur das elektrische Feld ist beteiligt. Wenn diese beiden Elemente kombiniert werden und auch Resonanz beobachtet wird, bewegt sich die Energie zyklisch von der Spule zum Kondensator und umgekehrt. Außerdem wird es in größerem Maße nur wegen des Widerstands des Leiters verbraucht.
Wenn die Resonanz gestört ist, stimmt die erforderliche Energiemenge für das erste und zweite Element nicht überein. Es entsteht ein Überschuss, der durch den Aufwand des Generators gedeckt wird. Dieser Vorgang kann mit der Bewegung einer Pendeluhr verglichen werden. Wenn keine Reibungskraft vorhanden wäre, könnte es ohne den Einsatz von zusätzlichem Gewicht oder einer Feder im Mechanismus schwingen. Diese Elemente übertragen jedoch bei Bedarf einen Teil ihrer Energie auf das Pendel, wodurch es die Reibungskraft überwindet und sich kontinuierlich bewegt. Bei Resonanz in einem Stromkreis ist die Energiemenge, die übertragen werden muss, um die Schwingung aufrechtzuerhalten, minimal.
Ein Kreis gilt als Schwingkreis, wenn mehrere Bedingungen erfüllt sind. Zunächst muss der Strom variabel sein. Zweitens muss das System einen Generator, einen Kondensator und eine Induktivität umfassen. Drittens müssen die Elemente in Reihe geschaltet werden. Viertens müssen die Indikatoren der Innenwiderstände gleich sein.
Resonanz ist jedoch unmöglich, wenn Generatorfrequenz, Kapazität und Induktivität der Schaltung nicht den Werten entsprechen, die von anderen Parametern der Schaltung abhängen. Alle von ihnen werden mit speziellen einfachen Formeln berechnet.
Nutzen und Schaden
Resonanz wird oft zum Vorteil genutzt. Eines der markanten Alltagsbeispiele ist Radio reparieren. Die Elektrik des Gerätes ist so abgestimmt, dass Resonanz auftritt. Dies erhöht die Spannung an der Spule und überschreitet den Wert im von der Antenne erzeugten Stromkreis. Dies ist für den normalen Betrieb des Empfängers erforderlich.
Aber manchmal wirkt sich der Resonanzeffekt extrem nachteilig auf die Technik aus. Ein erhöhter Stress in einigen Bereichen kann zu deren Schäden führen. Dadurch, dass die örtlichen Werte nicht mit dem Generator übereinstimmen, können Einzelteile oder Messgeräte beschädigt werden.
