Rezonans napięć występuje w obwodzie elektrycznym, który zawiera kilka elementów: źródło zasilania, cewkę indukcyjną i kondensator. Wymienione elementy są połączone szeregowo. W tym przypadku źródło napięcia ma częstotliwość, która pokrywa się z wewnętrzną pętlą. Jest to często używane w filtrach pasmowych.
Zadowolony
- Połączenie szeregowe
- Obwód prądu przemiennego
- Koncepcja rezonansu
- Korzyści i szkody
Połączenie szeregowe
Cewka indukcyjna i kondensator połączone szeregowo w obwód działają razem w specjalny sposób na generator, z którego obwód jest zasilany. Także wpływają na zależność fazową napięcia i prądu:
- Pierwszy element przesuwa fazę, podczas gdy napięcie zaczyna wyprzedzać prąd o około jedną czwartą okresu.
- Drugi element działa inaczej. Powoduje to, że prąd przekracza napięcie również o jedną czwartą okresu fazowego.
Rezystancja indukcyjna działa na przesunięcie fazowe, dlatego można ją uznać za przeciwieństwo rezystancji pojemnościowej. W rezultacie końcowe przesunięcie fazowe między napięciem a prądem w obwodzie zależy od całkowitego działania rezystancji indukcyjnych i pojemnościowych, a także relacji między nimi. Od tego zależy również charakter łańcucha.
Jeżeli wartość o tej samej nazwie przekracza wartość przeciwną, to układ można uznać za pojemnościowy, ponieważ prąd jest w fazie wyższej. W innej sytuacji charakter obwodu uważany jest za indukcyjny, ponieważ dominuje napięcie.
Całkowita reaktancja jest łatwa do określenia. Konieczne jest dodanie dwóch wskaźników oporu:
- Indukcyjny z cewki.
- Pojemnościowy z kondensatora.
Ze względu na to, że mają odwrotny skutek, jednemu z nich przypisywany jest znak ujemny (zwykle pojemność kondensatora). Wtedy całkowitą reaktancję można znaleźć w ten sposób: odejmij kondensator od indeksu cewki. Jeśli całkowite napięcie zostanie podzielone przez znaleziony parametr, to zgodnie z prawem Ohma uzyskuje się prąd. Ta formuła może być łatwo zmieniona poprzez konwersję na napięcie. Będzie on równy iloczynowi natężenia prądu i różnicy między dwoma rezystancjami (indukcyjna jest pobierana z cewki, a pojemnościowa jest pobierana z kondensatora).
Jeśli otworzysz nawias, pierwsza wartość będzie odzwierciedlać rzeczywistą miarę części całkowitego naprężenia, która próbuje pokonać opór. Drugi to składowa całego napięcia, która próbuje przezwyciężyć parametr pojemnościowy. Tak więc całkowity stres można uznać za sumę tych warunków.
Zwykle wartość rezystancji można pominąć. Jeśli jest za duży, nadal musisz to wziąć pod uwagę.
Aby określić tę wartość musisz obliczyć pierwiastek kwadratowy z sumy dwóch części:
- Całkowity opór do kwadratu.
- Kwadrat różnicy między rezystancją indukcyjną a pojemnościową, czyli całkowitą reaktancją.
Przejście do prawa Ohma jest oczywiste. Jeśli podzielisz prąd przez znalezioną wartość, możesz uzyskać napięcie.
Obwód prądu przemiennego
Jeżeli połączymy cewkę z kondensatorem szeregowo, przesunięcie fazowe będzie mniejsze niż gdyby te elementy były połączone oddzielnie. Wynika to z faktu, że elementy te działają na łańcuch w zupełnie inny sposób, przesuwając równowagę w różnych kierunkach. Kompensują przesunięcie fazowe, uśredniają jego wartość.
Równowaga jest również możliwa. Pełna kompensacja stosunku napięcia do prądu nastąpi, jeśli rezystancja cewki i kondensatora będą sobie równe. W takim przypadku łańcuch będzie się zachowywał tak, jakby te elementy nie były w nim zawarte. Działanie układu zostanie zredukowane do rezystancji czynnej netto utworzonej przez przewody łączące i cewkę. Obecna siła osiągnie swoją maksymalną wartość, można ją obliczyć zgodnie ze standardowym prawem Ohma.
Koncepcja rezonansu
W opisanej sytuacji napięcia efektywne na cewce i kondensatorze wyrównają się, a także osiągną wartość maksymalną. Jeśli rezystancja czynna w tym obwodzie jest minimalna, wówczas lokalne wskaźniki będą kilkakrotnie wyższe niż całkowite napięcie. Zjawisko to jest zwykle nazywane rezonansem napięciowym.
Ważne jest, aby to zrozumieć lokalne opory zależą bezpośrednio od aktualnych wskaźników. Jeśli częstotliwość prądu zostanie zmniejszona, wartość indukcyjna zmniejszy się, a wartość pojemnościowa wzrośnie. Oprócz oporu czynnego w sieci pojawi się również opór reaktywny, dzięki czemu rezonans zniknie. Stanie się tak również, jeśli zmienisz wartości indukcyjności lub pojemności.
Jeśli w obwodzie wystąpi rezonans, to energia źródła jest zużywana wyłącznie na ogrzewanie drutów, to znaczy pokonanie czynnej rezystancji, ponieważ cewka przenosi prąd do kondensatora i z powrotem bez wysiłku; generator. Rzeczywiście, w obwodzie z jednym z elementów prąd waha się, okresowo przechodząc od źródła do pola magnetycznego. Dotyczy to cewki. W przypadku kondensatora obserwuje się podobną sytuację, w grę wchodzi tylko pole elektryczne. Jeśli te dwa elementy są połączone i obserwuje się również rezonans, to energia przemieszcza się cyklicznie z cewki do kondensatora i odwrotnie. Co więcej, jest wydawany w większym stopniu tylko ze względu na opór przewodnika.
Jeśli rezonans jest zakłócony, ilość energii wymagana dla pierwszego i drugiego elementu nie zgadza się. Powstanie nadwyżka, którą pokryją wysiłki generatora. Proces ten można porównać do ruchu zegara wahadłowego. Gdyby nie było siły tarcia, mógłby oscylować bez użycia dodatkowego obciążnika lub sprężyny w mechanizmie. Ale te elementy, gdy to konieczne, przekazują część swojej energii do wahadła, dzięki czemu pokonują siłę tarcia i poruszają się w sposób ciągły. W przypadku rezonansu w obwodzie elektrycznym ilość energii, która musi zostać przekazana, aby utrzymać drgania, jest minimalna.
Obwód jest uważany za obwód oscylacyjny, jeśli spełnionych jest kilka warunków. Po pierwsze, prąd musi być zmienny. Po drugie, system musi zawierać generator, kondensator i cewkę indukcyjną. Po trzecie, elementy muszą być połączone szeregowo. Po czwarte, wskaźniki oporów wewnętrznych muszą być równe.
Ale rezonans jest niemożliwy, jeśli częstotliwość generatora, pojemność i indukcyjność obwodu nie odpowiadają wartościom zależnym od innych parametrów obwodu. Wszystkie są obliczane za pomocą specjalnych prostych formuł.
Korzyści i szkody
Rezonans jest często wykorzystywany na korzyść. Jednym z uderzających przykładów z życia codziennego jest naprawa radia. Elektryka urządzenia jest dostrojona w taki sposób, że pojawia się rezonans. Zwiększa to napięcie na cewce i przekracza wartość w obwodzie wytworzonym przez antenę. Jest to niezbędne do normalnej pracy odbiornika.
Ale czasami efekt rezonansu ma niezwykle szkodliwy wpływ na technikę. Wzrost napięcia w niektórych obszarach może prowadzić do ich uszkodzenia. Ze względu na to, że wartości lokalne nie odpowiadają generatorowi, poszczególne części lub przyrządy pomiarowe mogą ulec uszkodzeniu.
