Rezonancia napätí sa vyskytuje v elektrickom obvode, ktorý obsahuje niekoľko prvkov: zdroj energie, induktor a kondenzátor. Uvedené prvky sú zapojené do série. V tomto prípade má zdroj napätia frekvenciu, ktorá sa zhoduje s vnútornou slučkou. Toto sa často používa v pásmových filtroch.
Obsah
- Sériové pripojenie
- AC obvod
- Koncept rezonancie
- Úžitok a škoda
Sériové pripojenie
Induktor a kondenzátor v sérii v obvode pôsobia spolu zvláštnym spôsobom na generátor, z ktorého je obvod napájaný. Tiež ovplyvňujú fázový vzťah napätia a prúdu:
- Prvý prvok posúva fázu, zatiaľ čo napätie začína predbiehať prúd asi o štvrtinu periódy.
- Druhý prvok pôsobí inak. Spôsobí, že prúd predbehne napätie aj o jednu štvrtinu fázy fázy.
Indukčný odpor pôsobí na fázový posun, preto ho možno považovať za opak kapacitného odporu. Výsledkom je, že konečný fázový posun medzi napätím a prúdom v obvode závisí od celkového účinku indukčných a kapacitných odporov, ako aj od vzťahu medzi nimi. Od toho závisí aj povaha reťaze.
Ak hodnota rovnakého mena presahuje opak, potom možno systém považovať za kapacitný, pretože prúd je vo fáze lepší. V inej situácii sa povaha obvodu považuje za indukčnú, pretože dominuje napätie.
Celková reaktancia sa dá ľahko určiť. Je potrebné pridať dva indikátory odporu:
- Indukčné z cievky.
- Kapacitné z kondenzátora.
Vzhľadom na to, že majú opačný účinok, je jednému z nich priradené záporné znamienko (zvyčajne kapacita kondenzátora). Potom možno celkovú reaktanciu nájsť takto: odpočítajte kondenzátor od indexu cievky. Ak je celkové napätie rozdelené nájdeným parametrom, potom sa podľa Ohmovho zákona získa prúd. Tento vzorec sa dá ľahko zmeniť prevedením na napätie. Bude sa rovnať súčinu sily prúdu a rozdielu medzi dvoma odpormi (indukčný je odobratý z cievky a kapacitný z kondenzátora).
Ak otvoríte zátvorku, potom prvá hodnota bude odrážať skutočnú mieru časti celkového stresu, ktorá sa snaží prekonať odpor. Druhá je zložka celého napätia, ktorá sa snaží prekonať kapacitný parameter. Takže celkový stres možno považovať za súčet týchto pojmov.
Zvyčajne môže byť hodnota odporu zanedbaná. Ak je príliš veľký, musíte s tým stále počítať.
Na určenie tejto hodnoty musíte vypočítať druhú odmocninu súčtu dvoch častí:
- Celkový odpor na druhú.
- Druhá mocnina rozdielu medzi indukčným a kapacitným odporom, to znamená celková reaktancia.
Prechod na Ohmov zákon je zrejmý. Ak vydelíte prúd zistenou hodnotou, môžete získať napätie.
AC obvod
Ak pripojíte cievku ku kondenzátoru v sérii, dôjde k menšiemu fázovému posunu, ako keby boli tieto prvky zapojené oddelene. Je to spôsobené tým, že tieto prvky pôsobia na reťaz úplne iným spôsobom a posúvajú rovnováhu rôznymi smermi. Kompenzujú fázový posun, spriemerujú jeho hodnotu.
Rovnaká rovnováha je tiež možná. Úplná kompenzácia pomeru medzi napätím a prúdom nastane, ak je odpor cievky a kondenzátora rovnaký. V tomto prípade sa reťaz bude správať, ako keby tieto prvky v nej neboli zahrnuté. Činnosť systému sa zníži na čistý aktívny odpor tvorený spojovacími vodičmi a cievkou. Prúdová sila dosiahne svoju maximálnu hodnotu, dá sa vypočítať podľa štandardného Ohmovho zákona.
Koncept rezonancie
V opísanej situácii sa efektívne napätia na cievke a kondenzátore vyrovnajú a tiež dosiahnu maximálnu hodnotu. Ak je aktívny odpor v tomto obvode minimálny, miestne indikátory budú niekoľkonásobne vyššie ako celkové napätie. Tento jav sa zvyčajne nazýva napäťová rezonancia.
Je dôležité tomu rozumieť lokálne odpory priamo závisia od aktuálnych indikátorov. Ak sa frekvencia prúdu zníži, indukčná hodnota sa zníži a kapacitná hodnota sa zvýši. Okrem aktívneho odporu vznikne v sieti aj reaktívny odpor, vďaka ktorému príde rezonancia nazmar. Stane sa to aj vtedy, ak zmeníte hodnoty indukčnosti alebo kapacity.
Ak v obvode dôjde k rezonancii, potom sa energia zdroja vynaloží výlučne na zahrievanie drôtov, to znamená prekonanie aktívneho odporu, pretože cievka prenáša prúd do kondenzátora a späť bez námahy generátor. V obvode s jedným z prvkov prúd kolíše a periodicky prechádza zo zdroja do magnetického poľa. Týka sa to cievky. V prípade kondenzátora sa pozoruje podobná situácia, je zapojené iba elektrické pole. Ak sú tieto dva prvky kombinované a je tiež pozorovaná rezonancia, potom sa energia cyklicky pohybuje z cievky do kondenzátora a naopak. Navyše sa vynakladá vo väčšej miere len kvôli odporu vodiča.
Ak je rezonancia narušená, množstvo energie potrebné pre prvý a druhý prvok sa nezhoduje. Vznikne prebytok, ktorý bude pokrytý úsilím generátora. Tento proces možno prirovnať k pohybu kyvadlových hodín. Ak by neexistovala trecia sila, mohla by sa rozkmitať bez použitia prídavného závažia alebo pružiny v mechanizme. Tieto prvky však v prípade potreby prenesú časť svojej energie na kyvadlo, vďaka čomu prekoná silu trenia a nepretržite sa pohybuje. Pri rezonancii v elektrickom obvode je množstvo energie, ktoré sa musí odovzdať na udržanie oscilácie, minimálne.
Obvod sa považuje za oscilačný obvod, ak je splnených niekoľko podmienok. Po prvé, prúd musí byť premenlivý. Po druhé, systém musí obsahovať generátor, kondenzátor a induktor. Po tretie, prvky musia byť zapojené do série. Po štvrté, ukazovatele vnútorných odporov musia byť rovnaké.
Rezonancia je však nemožná, ak frekvencia generátora, kapacita a indukčnosť obvodu nezodpovedajú hodnotám závislým od iných parametrov obvodu. Všetky sú vypočítané pomocou špeciálnych jednoduchých vzorcov.
Úžitok a škoda
Často sa s výhodou využíva rezonancia. Jedným z pozoruhodných každodenných príkladov je oprava rádia. Elektrika prístroja je vyladená tak, že dochádza k rezonancii. To zvyšuje napätie na cievke a prekračuje hodnotu v obvode vytvorenom anténou. Je to potrebné pre normálnu prevádzku prijímača.
Ale niekedy účinok rezonancie má mimoriadne škodlivý vplyv na techniku. Zvýšenie napätia v niektorých oblastiach môže viesť k ich poškodeniu. Vzhľadom na to, že miestne hodnoty nezodpovedajú generátoru, môže dôjsť k poškodeniu jednotlivých častí alebo meracích prístrojov.
