התנגדות אקטיבית: מידע בסיסי, נוסחאות ותלות למעגל זרם חילופין

לתכנון של מכשירים אלקטרוניים, יש לחשב פרמטרים שונים, שאחד מהם הוא המוליכות החשמלית או ההתנגדות של המוליך. עבור מעגלים המופעלים על ידי זרם ישר, קל לחשב. אבל במעגלי זרם חילופין (AC), ישנם יחסים שונים לחלוטין. כדי לחשב את ההתנגדות הפעילה, עליך להכיר את הנוסחאות הבסיסיות, כמו גם שיטות חלופיות לחישובה.

מידע בסיסי על מוליכות חשמלית

כל חומר מוליך זרם בצורה שונה. הכל תלוי בתצורה האלקטרונית, אותה ניתן לקבל מטבלה D. ו. מנדלייב. התצורה האלקטרונית מציגה את הפרמטר העיקרי בו תלוי ערך ההתנגדות R - מספר האלקטרונים החופשיים (Nse). חומר מורכב מאטומים היוצרים סריג גביש (CR). לא כל האלקטרונים מוחזקים היטב על ידי הגרעין.

סיווג חומרים

בחומרים ישנם מספר אלקטרונים (E), שיש להם כוח אינטראקציה חלש מאוד עם הגרעין. בנוסף, במתכות, בנוסף ל-E רגיל, יש Nse מסוים. כאשר מופעלת אנרגיה חיצונית קטנה, אלקטרונים מנותקים מגרעיני האטומים, וזה מוביל ליצירת יונים. המתכת נשארת לא טעונה, שכן המטען השלילי של כל E שווה למטען החיובי של החלקיקים היסודיים (EF) המרכיבים את הגרעינים. הגרעין מורכב מגרעין, כלומר:

• פרוטונים - EF טעון חיובי;
• נויטרונים - EC ניטרלי.

אלקטרונים חופשיים נעים בצורה כאוטית, אך ביניהם יש כאלה שעפים קרוב לפני השטח של המתכת, והם אינם יכולים לעוף החוצה מהחומר, מאחר שהם מוחזקים בכוח המשיכה של יונים וגרעינים. בהתבסס על Nse, ניתן לחלק כל חומר ל-3 קבוצות לפי מוליכות:

1. מנצחים.
2. מוליכים למחצה.
3. דיאלקטריות.

מוליכים (P) כוללים חומרים בעלי Nse גדול. אלה כוללים מתכות, תמיסות אלקטרוליטיות וגזים מיוננים. במתכות, נושאי מטען חופשיים (CHC) הם חופשיים E, באלקטרוליטים וגזים מיוננים - יונים, מתחת פעולתו של שדה חשמלי, תנועת ה-SNZ נעשית מסודרת, וכתוצאה מכך נוצר זרם חשמלי (זֶה).

במוליכים למחצה, Nse תלוי בגורמים חיצוניים שונים, שתחת פעולתם יש שחרור של כמה E מפעולת כוח המשיכה של הגרעין - כוח קולומב באינטראקציה של 2 או יותר חלקיקים. המקום ש-E עזב נקרא החור. התנועה של חורים ו-E הפוכה, ובמקרה זה, ET מופיע. חומרים מסוג מוליכים למחצה כוללים את הדברים הבאים: סיליקון (Si), גרמניום (Ge), סלניום (Se) וכו'.

קבוצת הדיאלקטריים או המבודדים כוללת חומרים שאין להם SNC כלל, ולכן, הם אינם מוליכים זרם חשמלי כלל. בתנאים מסוימים, הדיאלקטרי יכול להיות שונה מזרם P, למשל, אם הוא מכוסה בטיפות של נוזל מוליך חשמלי. רגע זה חשוב מאוד כדי למנוע כשל בציוד או נזק ל-ET. כאשר זורם דרך P, ל-ET יש השפעה תרמית עליו. תכונה זו נובעת מהעובדה ש-E מקיים אינטראקציה עם הצמתים של ה-RR, והאנרגיה הקינטית E מומרת לחום.

כתוצאה מכך, המהירות של E יורדת, ולאחר מכן הוא משוחזר לחלוטין כאשר הוא נחשף לשדה אלקטרומגנטי. תהליך זה חוזר על עצמו מספר רב של פעמים ונקרא התנגדות חשמלית, אשר מסומן עבור מעגלי DC R, ועבור מעגלי AC (AC) יש שלם התנגדות - Z. R ו-Z נמדדים באוהם.

תלות בפרמטרים שונים

R הוא ערך שתלוי בגורמים רבים. ניתן לחלק את הגורמים הללו לקבוצות:

1. תכונות פיזיקליות: אורך, שטח חתך (S) ועיוות.
2. סביבה חיצונית: טמפרטורה.
3. חשמלי: I, U, e (כוח אלקטרו-מוטיבי - EMF).

R מחושב לפי חוק אוהם: I = U / R. הניסוח של חוק זה הוא כדלקמן: I, הזורם בקטע של השרשרת, הוא ביחס ישר ל-U ופרופורציונלי הפוך ל-R של הקטע שנבחר.

ניסוח עבור המעגל כולו: I, הזורם דרך המעגל כולו, עומד ביחס ישר ל-EMF ופרופורציונלי הפוך ל-R של הקטע כולו, תוך התחשבות בהתנגדות הפנימית של מקור הכוח (PS). הנוסחה היא: I = e / (R + Rip). מהיחסים של השרשרת המלאה וחלקה, אתה יכול לקבל R:

1. R = U / I.
2. R = (e / I) - Rip.

סוג החומר נקבע על ידי מקדם ההתנגדות p, שנלקח מתוך ספר העזר. עם זאת, יש לציין כי ספר העיון מכיל את ערכו בטמפרטורה של +20 מעלות. בנוסף, יש גם מוליכות ספציפית, שהיא ביחס הפוך ל-p. הוא מסומן ב-σ והוא שווה ל: p = 1 / σ.

בערך קטן יותר של S, E זורם דרך P והאינטראקציות עם CR הופכות תכופות יותר, מה שממחיש את התלות של R ב-S. כדי לחשב S, אתה צריך להשתמש בספרי עיון או באינטרנט. אם ניקח בחשבון שהמוליך הוא מישור, אז יש צורך לחתוך אותו באמצעות מישור אחר (סטריאומטריה).

בחיתוך מתקבלת דמות שטוחה בצורת ריבוע, עיגול, אליפסה, מלבן או משולש. אז אתה צריך לחשב את ה-S של נתון זה. אם P מורכב ממספר מסוים של ליבות, אז אתה צריך למדוד את S של ליבה אחת, ולאחר מכן להכפיל במספר הליבות.

R תלוי ביחס ישר לאורך P (L): ככל שהאורך גדול יותר, כך יוצר יותר אינטראקציות E בעת תנועה. בהתבסס על כל התלות, ניתן לבטא R על ידי הנוסחאות:

1. R = p * L / S.
2. R = L / (σ * S).

יחסים אלו תקפים בטמפרטורה של +20 מעלות, אך זה לא מספיק לחישובים מדויקים. ייתכן שרכיבים סופר-רגישים מסוימים לא יפעלו כהלכה עקב ערכי I נמוכים.

הערך של p תלוי ב-t ומתבטא בקשר הבא: p = p20 * [1 + a * (t - 20)]. יחס זה מכיל את הכמויות הבאות:

1. p היא ההתנגדות המחושבת.
2. p20 הוא ערך ההתנגדות שנלקח מספרות הייחוס בטמפרטורה (טמפרטורה +20 מעלות צלזיוס).
3. מקדם טמפרטורה a, שנלקח מספרות עיון. עבור מתכות, זה תמיד גדול מ-1, ועבור תמיסות אלקטרוליטיות, זה פחות.
4. טמפרטורה P בתנאי הפעלה ספציפיים, סולם טמפרטורה בצלזיוס - t.

בנוסף, p תלוי גם ברמת העיוות של ה-RR. דפורמציה היא אלסטית ופלסטית. עבור אלסטי, p עולה, ועבור פלסטיק, יורד. זה נובע מתנאי העיוותים, כמו גם מדרגת הקושי בתנועה של E. הנוסחה הסופית, תוך התחשבות בגורמים העיקריים, תקבל את הצורה הבאה: R = p20 * [1 + a * (t - 20)] * L / S.

יחסי AC

כדי להבין כמה מונחים, למשל, מה נקראת התנגדות אקטיבית, ומה זהו, יש צורך ליישם את הנוסחה עבור עכבה: sqr (Z) = sqr® + sqr (Xc-Xl). התנגדות AC היא כוללת ומורכבת מ-R אקטיבי, אינדוקטיבי (Xl) וקיבולי (Xc).

נוסחת התנגדות

התנגדות נקראת אקטיבית אם אין השראות או קיבול בקטע או במעגל שלם. לצורך החישוב, יש צורך למדוד את ערכי המשרעת של הזרם והמתח. למטרות אלו משתמשים במד מתח ובמד זרם לזרם חילופין ומתח. עם זאת, החיסרון של מדידות כאלה הוא להשיג לא משרעת, אלא ערכים יעילים. ערכי משרעת מחושבים באמצעות הנוסחאות:

1. עבור U: אום = 1.4142 * אוד.
2. עבור I: Im = 1.4142 * מזהה.

בהתבסס על יחסים אלו, נוסחת ההתנגדות הפעילה מחושבת על ידי הנוסחה: R = Um / Im. התנגדות אקטיבית תלויה גם ב-Um ו-Im.

שיטות מדידה פשוטות

לא תמיד נדרשים חישובים מדויקים של R, ולמטרות אלו נעשה שימוש במכשיר הנקרא אוהםמטר. עם צמיחת ההתקדמות המדעית, הופיעו בשוק מכשירים משולבים - מולטימטרים. יש להם הרבה פונקציות, אבל העיקרית שבהן היא מדידת ערכי I, R ו-U. ישנם גם מכשירים מיוחדים למדידת ערכי R גדולים, הנקראים מגה-מטרים. מגוהמטר משמש למדידת רמת הבידוד R בין ליבות הכבלים.

מד האוהם משמש גם לפתרון בעיות במעגלים חשמליים, וגם מאפשר לקבוע את רכיב הרדיו לצורך שירות. כדי למדוד את ערכי R, כמו גם לזהות תקלות, יש צורך לעקוב אחר כללי הבטיחות החשמלית ולנטרל את קטע המעגל. כמו כן, יש צורך לפרוק את הקבלים, מכיוון שהטעינה שלהם עלולה לפגוע במכשיר שנמצא במצב מדידה R.

לפיכך, ההתנגדות הפעילה במעגל AC היא כל עומס שלא קיבולי או אינדוקטיבי, ובהתאם לטמפרטורה, סוג העיוות, סוג החומר, Um, Im, אורך ו-S מנצח.