Η χωρητικότητα είναι η αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα που παρέχει η ηλεκτρική χωρητικότητα. Το ρεύμα σε ένα κύκλωμα με πυκνωτή οδηγεί την τάση στη φάση κατά 90 μοίρες. Η χωρητική αντίδραση είναι αντιδραστική, δηλαδή, η απώλεια ενέργειας δεν συμβαίνει σε αυτήν, όπως, για παράδειγμα, στην ενεργό αντίσταση. Η χωρητικότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητας εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ας κάνουμε ένα πείραμα, για αυτό θα χρειαστούμε. Λαμπτήρας πυρακτώσεως πυκνωτή και δύο πηγές τάσης μία συνεχές ρεύμαάλλη μεταβλητή. Αρχικά, ας κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα που αποτελείται από μια πηγή σταθερής τάσης, μια λάμπα και έναν πυκνωτή, όλα συνδεδεμένα σε σειρά.

Σχήμα 1 - πυκνωτής σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος

Όταν το ρεύμα είναι ενεργοποιημένο, η λάμπα θα αναβοσβήσει για λίγο και στη συνέχεια θα σβήσει. Αφού για συνεχές ρεύμα ο πυκνωτής έχει μεγάλο ηλεκτρική αντίσταση. Αυτό είναι κατανοητό, επειδή μεταξύ των πλακών του πυκνωτή υπάρχει ένα διηλεκτρικό μέσω του οποίου το συνεχές ρεύμα δεν μπορεί να περάσει. Και η λυχνία θα αναβοσβήσει επειδή τη στιγμή που ενεργοποιείται η πηγή σταθερής τάσης, εμφανίζεται ένας βραχυπρόθεσμος παλμός ρεύματος, φορτίζοντας τον πυκνωτή. Και αφού το ρεύμα ρέει, η λάμπα ανάβει.

Τώρα σε αυτό το κύκλωμα θα αντικαταστήσουμε την πηγή τάσης DC με μια γεννήτρια AC. Όταν ένα τέτοιο κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο, θα διαπιστώσουμε ότι η λάμπα θα ανάβει συνεχώς. Αυτό συμβαίνει επειδή ο πυκνωτής στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος φορτίζεται στο ένα τέταρτο της περιόδου. Όταν η τάση σε αυτό φτάσει την τιμή πλάτους, η τάση σε αυτό αρχίζει να μειώνεται και θα εκφορτιστεί για το επόμενο τρίμηνο της περιόδου. Στο επόμενο μισό της περιόδου η διαδικασία θα επαναληφθεί ξανά, αλλά αυτή τη φορά η τάση θα είναι αρνητική.

Έτσι, το ρεύμα ρέει συνεχώς στο κύκλωμα, αν και αλλάζει την κατεύθυνσή του δύο φορές ανά περίοδο. Αλλά τα φορτία δεν περνούν από το διηλεκτρικό του πυκνωτή. Πώς συμβαίνει αυτό;

Ας φανταστούμε έναν πυκνωτή συνδεδεμένο σε μια πηγή σταθερής τάσης. Όταν είναι ενεργοποιημένη, η πηγή αφαιρεί ηλεκτρόνια από μια πλάκα, δημιουργώντας έτσι ένα θετικό φορτίο σε αυτήν. Και στη δεύτερη πλάκα προσθέτει ηλεκτρόνια, δημιουργώντας έτσι ένα αρνητικό φορτίο ίσου μεγέθους αλλά αντίθετο πρόσημο. Τη στιγμή της ανακατανομής των φορτίων στο κύκλωμα, ρέει ένα ρεύμα φόρτισης πυκνωτή. Αν και τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται μέσα από το διηλεκτρικό του πυκνωτή.

Σχήμα 2 - φόρτιση πυκνωτή

Εάν αφαιρέσετε τώρα τον πυκνωτή από το κύκλωμα, η λάμπα θα λάμπει πιο έντονα. Αυτό υποδηλώνει ότι η χωρητικότητα δημιουργεί αντίσταση, περιορίζοντας τη ροή του ρεύματος. Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι σε μια δεδομένη συχνότητα ρεύματος η τιμή της χωρητικότητας είναι μικρή και δεν έχει χρόνο να συσσωρεύσει αρκετή ενέργεια με τη μορφή φορτίων στις πλάκες του. Και κατά τη διάρκεια μιας εκφόρτισης, ένα ρεύμα θα ρέει λιγότερο από αυτό που μπορεί να αναπτυχθεί η πηγή ρεύματος.

Επομένως, η χωρητικότητα εξαρτάται τόσο από τη συχνότητα όσο και από την τιμή του πυκνωτή.

Φόρμουλα 1 - χωρητικότητα

Ο πυκνωτής είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία ηλεκτρονικά κυκλώματα. Οι τύποι πυκνωτών, ορισμένες από τις παραμέτρους τους, όπως η αντίσταση πυκνωτή, συζητούνται σε αυτό το άρθρο.

Μπορούμε να πούμε ότι δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια που χωρίζονται από ένα στρώμα αέρα είναι ένας πυκνωτής. Κάθε μία από τις πλάκες έχει τη δική της έξοδο και μπορεί να συνδεθεί ηλεκτρικό κύκλωμα. Μια τέτοια συσκευή έχει ορισμένα χαρακτηριστικά, και ένα από αυτά είναι η αντίσταση του πυκνωτή.

Ένας πυκνωτής, ή χωρητικότητα όπως ονομάζεται επίσης, είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα συσκευή. Αρκεί να πούμε ότι δεν περνάει.Αν δεις τη διέλευση συνεχούς ρεύματος από αυτή την άποψη, τότε η αντίσταση του πυκνωτή είναι πολύ μεγάλη, σχεδόν άπειρη για συνεχές ρεύμα.

Ταυτόχρονα, την πρώτη στιγμή που η χωρητικότητα συνδέεται σε ένα κύκλωμα DC, φορτίζεται. Υπάρχει μια διαρροή μέσα της σύνθετες διαδικασίες. Μόλις φορτιστεί η χωρητικότητα, η ροή του ρεύματος ουσιαστικά σταματά. Αλλά υπάρχει μια απόχρωση εδώ, λόγω της ποιότητας του διηλεκτρικού. Ανεξάρτητα από το πόσο καλό είναι το διηλεκτρικό, ένα μικροσκοπικό ρεύμα εξακολουθεί να ρέει μέσα από αυτό. Ονομάζεται ρεύμα διαρροής.

Είναι το ρεύμα διαρροής που χρησιμεύει ως δείκτης της ποιότητας του διηλεκτρικού που χρησιμοποιείται στην κατασκευή πυκνωτών. Όσο καλύτερο είναι το διηλεκτρικό, τόσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα διαρροής. Εδώ μπορούμε να εξετάσουμε μια περίσταση: υπάρχει μια τιμή τάσης στην οποία φορτίζεται η χωρητικότητα, υπάρχει ένα ρεύμα διαρροής που ρέει μέσω αυτού του φορτισμένου στοιχείου. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm μπορείτε να υπολογίσετε την αντίσταση του πυκνωτή. Θα είναι μεγάλο· τα ρεύματα διαρροής στις σύγχρονες δεξαμενές ανέρχονται σε κλάσματα μικροαμπέρ.

Η εικόνα φαίνεται λίγο διαφορετική όταν ο πυκνωτής εκτίθεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Το ρεύμα ρέει ελεύθερα μέσω της χωρητικότητας. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η διαδικασία εκφόρτισης και φόρτισης του πυκνωτή συμβαίνει συνεχώς. Και οποιαδήποτε διεργασία ροής ρεύματος σχετίζεται με τις απώλειές της λόγω της παρουσίας αντίστασης· σε αυτήν την περίπτωση, εκτός από την ενεργό αντίσταση των συρμάτων, υπάρχει μια χωρητική αντίδραση του πυκνωτή, ακριβώς λόγω των διαδικασιών φόρτισης και φόρτισής του και εκφόρτιση.

Οι ηλεκτρικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες. Αυτά περιλαμβάνουν το σχήμα, τις γεωμετρικές διαστάσεις και τον τύπο του διηλεκτρικού. Υπάρχει Διάφοροι τύποιπυκνωτές, χρησιμοποιούν κενό, αέρα, πλαστικό, μαρμαρυγία, χαρτί, γυαλί, κεραμικά, ηλεκτρολύτη αλουμινίου, ηλεκτρολύτη τανταλίου ως διηλεκτρικό.

Δύο το τελευταίο είδοςΟι πυκνωτές ονομάζονται ηλεκτρολυτικοί· συνήθως έχουν αυξημένη χωρητικότητα. Άλλοι πυκνωτές ονομάζονται ανάλογα με τον τύπο του διηλεκτρικού - χαρτί, κεραμικό, γυαλί. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, τη δική του συμπεριφορά κάτω από διαφορετικές παραμέτρους ηλεκτρικό ρεύμα, τα χαρακτηριστικά και την εφαρμογή του.

Έτσι, χρησιμοποιούνται συχνότερα σε κυκλώματα για το φιλτράρισμα των παρεμβολών υψηλής συχνότητας, ενώ τα ηλεκτρολυτικά χρησιμοποιούνται για το φιλτράρισμα των παρεμβολών σε χαμηλές συχνότητες. Και μαζί, με παράλληλη σύνδεση κεραμικών και ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, αποδεικνύεται ότι είναι το πιο κοινό φίλτρο που χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλα τα κυκλώματα. Σε όλες τις περιπτώσεις, η χωρητικότητα είναι μια σταθερή τιμή, όπως 0,15 μF.

Πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχουν μεταβλητοί πυκνωτές, η χωρητικότητά τους αλλάζει ανάλογα με τη θέση του κουμπιού ελέγχου. Αυτό επιτυγχάνεται με την αλλαγή της αμοιβαίας επικάλυψης των πλακών πυκνωτών. Πως ειδική περίπτωσημεταβλητοί πυκνωτές υπάρχουν τα λεγόμενα πυκνωτές trimmer. Η χωρητικότητα σε αυτά μπορεί επίσης να αλλάξει - αλλά εντός περιορισμένων ορίων και μόνο στο στάδιο της προσαρμογής του εξοπλισμού.

Η γκάμα των πυκνωτών που χρησιμοποιούνται είναι απλά τεράστια - τόσο σε διηλεκτρικό τύπο όσο και σε σχεδιασμό.

Οι πυκνωτές, όπως και οι αντιστάσεις, είναι από τα πιο πολυάριθμα στοιχεία των συσκευών ραδιομηχανικής. Η κύρια ιδιότητα των πυκνωτών είναι ικανότητα συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου . Η κύρια παράμετρος ενός πυκνωτή είναι του χωρητικότητα .

Όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή των πλακών του και όσο πιο λεπτό είναι το διηλεκτρικό στρώμα μεταξύ τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή. Η βασική μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας είναι το farad (συντομογραφία F), που πήρε το όνομά του από τον Άγγλο φυσικό M. Faraday.Ωστόσο, το 1 F είναι πολύ μεγάλη χωρητικότητα. Η υδρόγειος σφαίρα, για παράδειγμα, έχει χωρητικότητα μικρότερη από 1 F. Στην ηλεκτρική και ραδιομηχανική, χρησιμοποιείται μονάδα χωρητικότητας ίση με ένα εκατομμυριοστό του φαράντ, η οποία ονομάζεται microfarad (συντομογραφία uF) .

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή σε εναλλασσόμενο ρεύμα εξαρτάται από τη χωρητικότητα και τη συχνότητα του ρεύματος: όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή και η συχνότητα του ρεύματος, τόσο μικρότερη είναι η χωρητικότητά του.

Οι κεραμικοί πυκνωτές έχουν σχετικά μικρές χωρητικότητες - έως και αρκετές χιλιάδες picofarads. Τοποθετούνται σε εκείνα τα κυκλώματα στα οποία ρέει ρεύμα υψηλής συχνότητας (κύκλωμα κεραίας, κύκλωμα ταλάντωσης) για επικοινωνία μεταξύ τους.

Ο απλούστερος πυκνωτής αποτελείται από δύο αγωγούς ηλεκτρικού ρεύματος, για παράδειγμα: - δύο μεταλλικές πλάκες, που ονομάζονται πλάκες πυκνωτών, που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό, για παράδειγμα: - αέρας ή χαρτί. Όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή των πλακών πυκνωτή και όσο πιο κοντά βρίσκονται μεταξύ τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα αυτής της συσκευής. Εάν συνδεθεί μια πηγή συνεχούς ρεύματος στις πλάκες πυκνωτή, θα προκύψει ένα βραχυπρόθεσμο ρεύμα στο κύκλωμα που προκύπτει και ο πυκνωτής θα φορτιστεί σε τάση ίση με την τάση της πηγής ρεύματος. Ίσως ρωτήσετε: γιατί υπάρχει ρεύμα σε ένα κύκλωμα όπου υπάρχει διηλεκτρικό; Όταν συνδέουμε μια πηγή ρεύματος σε έναν πυκνωτή, τα ηλεκτρόνια στους αγωγούς του κυκλώματος που προκύπτει αρχίζουν να κινούνται προς τον θετικό πόλο της πηγής ρεύματος, σχηματίζοντας μια βραχυπρόθεσμη ροή ηλεκτρονίων σε όλο το κύκλωμα. Ως αποτέλεσμα, η πλάκα του πυκνωτή, η οποία συνδέεται με τον θετικό πόλο της πηγής ρεύματος, εξαντλείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και φορτίζεται θετικά, και η άλλη πλάκα εμπλουτίζεται σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και, επομένως, φορτίζεται αρνητικά. Μόλις φορτιστεί ο πυκνωτής, το βραχυπρόθεσμο ρεύμα στο κύκλωμα, που ονομάζεται ρεύμα φόρτισης πυκνωτή, θα σταματήσει.

Εάν η πηγή ρεύματος αποσυνδεθεί από τον πυκνωτή, ο πυκνωτής θα φορτιστεί. Το διηλεκτρικό εμποδίζει τη μεταφορά της περίσσειας ηλεκτρονίων από τη μια πλάκα στην άλλη. Δεν θα υπάρχει ρεύμα μεταξύ των πλακών του πυκνωτή και του συσσωρευμένου Ηλεκτρική ενέργειαθα συγκεντρωθεί σε ηλεκτρικό πεδίοδιηλεκτρικός. Αλλά μόλις οι πλάκες ενός φορτισμένου πυκνωτή συνδεθούν με κάποιο είδος αγωγού, τα «περσόνα» ηλεκτρόνια της αρνητικά φορτισμένης πλάκας θα περάσουν μέσω αυτού του αγωγού σε μια άλλη πλάκα όπου λείπουν και ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί. Σε αυτή την περίπτωση, ένα βραχυπρόθεσμο ρεύμα προκύπτει επίσης στο κύκλωμα που προκύπτει, που ονομάζεται ρεύμα εκφόρτισης πυκνωτή. Εάν η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι μεγάλη και φορτίζεται σε σημαντική τάση, η στιγμή που αποφορτίζεται συνοδεύεται από την εμφάνιση σημαντικού σπινθήρα και τριγμού. Η ιδιότητα ενός πυκνωτή να συσσωρεύει ηλεκτρικά φορτία και να εκφορτώνει μέσω αγωγών που συνδέονται με αυτόν χρησιμοποιείται στο ταλαντευόμενο κύκλωμα ενός ραδιοφωνικού δέκτη.

Πυκνωτής(από λατ. συμπυκνώνονται- "συμπαγές", "παχύρρευστο") - ένα δίκτυο δύο τερματικών με συγκεκριμένη τιμή χωρητικότητας και χαμηλή αγωγιμότητα. συσκευή φόρτισης και αποθήκευσης ενέργειας ηλεκτρικό πεδίο. Ένας πυκνωτής είναι ένα παθητικό ηλεκτρονικό εξάρτημα. Στην απλούστερη μορφή του, ο σχεδιασμός αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια σε σχήμα πλάκας (ονομάζονται επενδύσεις), που χωρίζεται από ένα διηλεκτρικό του οποίου το πάχος είναι μικρό σε σύγκριση με τις διαστάσεις των πλακών (βλ. σχήμα). Οι πρακτικά χρησιμοποιούμενοι πυκνωτές έχουν πολλά στρώματα διηλεκτρικών και πολυστρωματικών ηλεκτροδίων, ή λωρίδες εναλλασσόμενου διηλεκτρικού και ηλεκτροδίων, τυλιγμένα σε κύλινδρο ή παραλληλεπίπεδα με τέσσερις στρογγυλεμένες άκρες (λόγω περιέλιξης). Ένας πυκνωτής σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος μπορεί να μεταφέρει ρεύμα τη στιγμή που συνδέεται στο κύκλωμα (συμβαίνει φόρτιση ή επαναφόρτιση του πυκνωτή) στο τέλος της μεταβατικής διαδικασίας, δεν ρέει ρεύμα μέσω του πυκνωτή, καθώς οι πλάκες του χωρίζονται από διηλεκτρικός. Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, διεξάγει ταλαντώσεις εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω κυκλικής επαναφόρτισης του πυκνωτή, κλείνοντας με το λεγόμενο ρεύμα πόλωσης.

Από την άποψη της μεθόδου μιγαδικού πλάτους, ο πυκνωτής έχει σύνθετη αντίσταση

,

Οπου ι - φανταστική μονάδα, ω - κυκλική συχνότητα ( rad/s) ρέον ημιτονοειδές ρεύμα, φά - συχνότητα σε Hz, ντο - χωρητικότητα πυκνωτή ( ηλεκτρική μονάδα). Επίσης προκύπτει ότι η αντίδραση του πυκνωτή είναι ίση με: . Για συνεχές ρεύμα, η συχνότητα είναι μηδέν, επομένως η αντίδραση του πυκνωτή είναι άπειρη (ιδανικά).

Η συχνότητα συντονισμού του πυκνωτή είναι

Στο f > f Π Ένας πυκνωτής σε ένα κύκλωμα AC συμπεριφέρεται σαν επαγωγέας. Επομένως, συνιστάται να χρησιμοποιείτε πυκνωτή μόνο σε συχνότητες φά< f Π , όπου η αντίστασή του είναι χωρητικής φύσης. Συνήθως, η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας ενός πυκνωτή είναι περίπου 2-3 ​​φορές χαμηλότερη από τη συχνότητα συντονισμού.

Ένας πυκνωτής μπορεί να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια. Ενέργεια φορτισμένου πυκνωτή:

Οπου U - τάση (διαφορά δυναμικού) στην οποία φορτίζεται ο πυκνωτής.

Με εναλλασσόμενη τάση σε πραγματικό πυκνωτή, εκτός από το ρεύμα πόλωσης, υπάρχουν μικρά ρεύματα αγωγιμότητας μέσω του πάχους του διηλεκτρικού (ρεύμα όγκου) και κατά μήκος της επιφάνειας (ρεύμα επιφανείας).Τα ρεύματα αγωγιμότητας και η πόλωση του διηλεκτρικού συνοδεύουν απώλειες ενέργειας .

Έτσι, σε έναν πραγματικό πυκνωτή, μαζί με μια αλλαγή στην ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου (αυτό χαρακτηρίζει άεργος ισχύς Q ) λόγω της ατέλειας του διηλεκτρικού, εμφανίζεται μια μη αναστρέψιμη διαδικασία μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα, η ταχύτητα της οποίας εκφράζεται ενεργό ισχύ R . Επομένως, στο ισοδύναμο κύκλωμα, ένας πραγματικός πυκνωτής πρέπει να αντιπροσωπεύεται από ενεργά και αντιδραστικά στοιχεία.

Η διαίρεση ενός πραγματικού πυκνωτή σε δύο στοιχεία είναι μια τεχνική υπολογισμού, καθώς είναι αδύνατο να διαχωριστούν εποικοδομητικά. Ωστόσο, το ίδιο ισοδύναμο κύκλωμα έχει ένα πραγματικό κύκλωμα δύο στοιχείων, το ένα από τα οποία χαρακτηρίζεται μόνο από ενεργή ισχύ P (Q = 0), το άλλο από άεργη (χωρητική) ισχύ Q(P = 0).

Κύκλωμα αντικατάστασης πυκνωτή με παράλληλη σύνδεση στοιχείων

Ένας πραγματικός πυκνωτής (με απώλειες) μπορεί να αναπαρασταθεί από ένα ισοδύναμο κύκλωμα παράλληλη σύνδεση ενεργός σολ Και χωρητικήσιΜε αγωγιμότητα (Εικ. 13.15), και η ενεργή αγωγιμότητα καθορίζεται από τις απώλειες ισχύος στον πυκνωτή G = P/U c 2 , και η χωρητικότητα είναι ο σχεδιασμός του πυκνωτή. Ας υποθέσουμε ότι οι αγωγιμότητες G και Vc για ένα τέτοιο κύκλωμα είναι γνωστές και η τάση έχει την εξίσωση

u = Umsinωt.

Απαιτείται ο προσδιορισμός των ρευμάτων στο κύκλωμα και της ισχύος. Μια μελέτη ενός κυκλώματος με ενεργή αντίσταση και ενός κυκλώματος με χωρητικότητα έδειξε ότι σε ημιτονοειδή τάση, τα ρεύματα σε αυτά είναι επίσης ημιτονοειδή. Όταν οι κλάδοι G και B συνδέονται παράλληλα, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Kirchhoff, το συνολικό ρεύμα i είναι ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων στους κλάδους με ενεργή και χωρητική αγωγιμότητα:

i = i G + i γ , (13.30)

Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ρεύμα εγώ Γ είναι σε φάση με την τάση και το ρεύμα γ οδηγεί την τάση κατά ένα τέταρτο της περιόδου, η συνολική εξίσωση ρεύματος μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Διανυσματικό διάγραμμα ρευμάτων σε κύκλωμα με πυκνωτή

Για να προσδιορίσουμε την πραγματική τιμή του συνολικού ρεύματος I χρησιμοποιώντας τη μέθοδο προσθήκης διανυσμάτων, κατασκευάζουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα σύμφωνα με την εξίσωση

I = I G + I C

Αποτελεσματικές τιμές των τρεχόντων εξαρτημάτων:

I G = GU (13,31)

I C = B C U (13,32)

Το διάνυσμα που φαίνεται πρώτο στο διανυσματικό διάγραμμα είναι τάση U (Εικ. 13.16, α), η διεύθυνση του συμπίπτει με τη θετική κατεύθυνση του άξονα από τον οποίο μετρώνται οι γωνίες φάσης (φάση αρχικής τάσης φa =0). Διάνυσμα Εγώσολ συμπίπτει στην κατεύθυνση με το διάνυσμα U, και διάνυσμα I Γ κατευθύνεται κάθετα στο διάνυσμα U με θετική γωνία. Από διανυσματικό διάγραμμαμπορεί να φανεί ότι το διάνυσμα της συνολικής τάσης υστερεί σε σχέση με το διάνυσμα του συνολικού ρεύματος κατά μια γωνία φ , η τιμή του οποίου είναι μεγαλύτερη από το μηδέν αλλά μικρότερη από 90º. Διάνυσμα Ι είναι η υποτείνουσα ορθογώνιο τρίγωνο, του οποίου τα πόδια είναι τα διανύσματα I G και I C που το αποτελούν:

Υπό ένταση u = U m sinωtσύμφωνα με το διανυσματικό διάγραμμα, η τρέχουσα εξίσωση

i = αμαρτώ(ωt + φ )

Τρίγωνο αγωγιμότητας για πυκνωτή

Διαιρούμε τις πλευρές των τριγώνων ρεύματος, που εκφράζονται σε μονάδες ρεύματος, με την τάση U. Λαμβάνουμε ένα παρόμοιο τρίγωνο αγωγιμότητας (Εικ. 13.16, β), τα σκέλη του οποίου είναι τα ενεργά G = I G /U και χωρητική B s = I s / U αγωγιμότητα και η υποτείνουσα είναι η συνολική αγωγιμότητα του κυκλώματος Y = I/U . Από το τρίγωνο των αγωγιμοτήτων

Η σχέση μεταξύ των ενεργών τιμών τάσης και ρεύματος εκφράζεται με τους τύπους

I = UY

U = I/Y (13,35)

Από τα τρίγωνα των ρευμάτων και των αγωγιμότητας, προσδιορίστε τα μεγέθη

cosφ = I G /I = G/Y; αμαρτία φ = I c /I = B c /Y; tg φ = I C /I G = B c /G. (13.36)

Ισχύς κυκλώματος με πυκνωτή

Εκφραση στιγμιαία δύναμηπραγματικός πυκνωτής

p = ui = U m sinωt * I m sin (ωt+φ)

συμπίπτει με την έκφραση για τη στιγμιαία ισχύ του πηνίου. Συλλογισμός παρόμοιος με εκείνον που γίνεται κατά την εξέταση του γραφήματος στιγμιαίας ισχύος (βλ. Εικ. 13. 11) μπορεί να πραγματοποιηθεί για έναν πραγματικό πυκνωτή με βάση το γράφημα στο Σχ. 13.17. Οι ποσότητες ενεργών, αντιδραστικών και μέγιστη χωρητικότηταεκφράζονται με τους ίδιους τύπους που ελήφθησαν για το πηνίο [βλ. (13.19) - (13.22)]. Αυτό είναι εύκολο να φανεί εάν οι πλευρές του τρέχοντος τριγώνου, εκφρασμένες σε μονάδες ρεύματος, πολλαπλασιάζονται με την τάση U. Ως αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού, προκύπτει ένα παρόμοιο τρίγωνο ισχύος (Εικ. 13.16, γ), τα σκέλη του οποίου είναι εξουσίες? ενεργός

P = UI G = UIcosφ

αντιδραστικός

Q = UI C = UIsinφ

γεμάτος

Ισοδύναμο κύκλωμα πυκνωτή με σειριακή σύνδεση στοιχείων

Ένας πραγματικός πυκνωτής, ακριβώς όπως ο , μπορεί να αναπαρασταθεί στο διάγραμμα σχεδίασης σειριακή σύνδεσηδύο ενότητες: με ενεργός R Και χωρητικήΧΜε αντιστάσεις. Στο Σχ. 13.18, και ένα τέτοιο κύκλωμα φαίνεται σε σύγκριση με ένα παράλληλο κύκλωμα συνδέσεις ενεργητικής και χωρητικής αγωγιμότητας (Εικ. 13. 18.6). Όλα τα συμπεράσματα και οι τύποι που λαμβάνονται για το πηνίο παραμένουν έγκυρα για τον πυκνωτή, υπό την προϋπόθεση ότι η επαγωγική αντίδραση αντικαθίσταται από χωρητική. Οι πυκνωτές που χρησιμοποιούνται στην πράξη έχουν σχετικά χαμηλές απώλειες ενέργειας. Επομένως, σε ισοδύναμα κυκλώματα αντιπροσωπεύονται συχνότερα μόνο από το αντιδραστικό μέρος, δηλ. χωρητικότητα Γ Τα τμήματα του κυκλώματος όπου μεμονωμένα στοιχεία - η αντίσταση R και ο πυκνωτής C - συνδέονται σε σειρά έχουν ένα ισοδύναμο κύκλωμα όπως φαίνεται στο Σχ. 13.18, α. Αν σας ενδιαφέρει, διαβάστε ποια χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία.

Ενεργητική αντίσταση, αυτεπαγωγή και χωρητικότητα σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος.

Αλλαγές ρεύματος, τάσης κ.λπ. δ.σ. σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος συμβαίνουν με την ίδια συχνότητα, αλλά οι φάσεις αυτών των αλλαγών είναι, γενικά, διαφορετικές. Επομένως, εάν η αρχική φάση του ρεύματος λαμβάνεται συμβατικά ως μηδέν, τότε η αρχική φάση της τάσης θα έχει μια ορισμένη τιμή φ. Υπό αυτή την προϋπόθεση, οι στιγμιαίες τιμές του ρεύματος και της τάσης θα εκφραστούν με τους ακόλουθους τύπους:

i = I m sinωt

u = U m sin(ωt + φ)

ένα) Ενεργή αντίσταση σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος.Αντίσταση κυκλώματος, που προκαλεί ανεπανόρθωτες απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας στη θερμική επίδραση του ρεύματος, ονομάζεται ενεργός . Αυτή η αντίσταση για ρεύμα χαμηλής συχνότητας μπορεί να θεωρηθεί ίση με την αντίσταση Rτον ίδιο αγωγό στο συνεχές ρεύμα.

Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος που έχει μόνο ενεργή αντίσταση, για παράδειγμα, σε λαμπτήρες πυρακτώσεως, συσκευές θέρμανσηςκ.λπ., η μετατόπιση φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος είναι μηδέν, δηλαδή φ = 0. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα και η τάση σε ένα τέτοιο κύκλωμα αλλάζουν στις ίδιες φάσεις και η ηλεκτρική ενέργεια δαπανάται πλήρως στη θερμική επίδραση του ρεύματος.

Θα υποθέσουμε ότι η τάση στους ακροδέκτες του κυκλώματος αλλάζει σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο: Και = U t cos ωt.

Όπως και με το συνεχές ρεύμα, η στιγμιαία τιμή του ρεύματος είναι ευθέως ανάλογη με τη στιγμιαία τιμή της τάσης. Επομένως, για να βρείτε τη στιγμιαία τρέχουσα τιμή, μπορείτε να εφαρμόσετε τον νόμο του Ohm:

σε φάση με διακυμάνσεις τάσης.

σι) Επαγωγέας σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Σύνδεση πηνίου επαγωγής σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος μεγάλοεκδηλώνεται ως αύξηση της αντίστασης του κυκλώματος. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι με το εναλλασσόμενο ρεύμα το e είναι πάντα ενεργό στο πηνίο. δ.σ. αυτο-επαγωγή, αποδυνάμωση του ρεύματος. Αντίσταση XL,που προκαλείται από το φαινόμενο της αυτεπαγωγής ονομάζεται επαγωγική αντίδραση. Αφού η ε. δ.σ. η αυτοεπαγωγή είναι μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερη είναι η επαγωγή του κυκλώματος και όσο πιο γρήγορα αλλάζει το ρεύμα, τότε η επαγωγική αντίδραση είναι ευθέως ανάλογη με την επαγωγή του κυκλώματος μεγάλοκαι κυκλική συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος ω: XL = ωL .

Ας προσδιορίσουμε την ένταση ρεύματος σε ένα κύκλωμα που περιέχει ένα πηνίο του οποίου η ενεργή αντίσταση μπορεί να παραμεληθεί. Για να γίνει αυτό, βρίσκουμε πρώτα τη σύνδεση μεταξύ της τάσης στο πηνίο και Αυτο-επαγόμενη emfμέσα σε αυτό. Εάν η αντίσταση του πηνίου είναι μηδέν, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στον αγωγό ανά πάσα στιγμή πρέπει να είναι μηδέν. Διαφορετικά, η τρέχουσα ισχύς, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, θα ήταν απείρως μεγάλη.

Η ισότητα της έντασης του πεδίου με το μηδέν είναι δυνατή λόγω της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου της δίνης Ei,που δημιουργούνται από μεταβλητές μαγνητικό πεδίο, σε κάθε σημείο είναι ίσο σε μέγεθος και αντίθετο σε κατεύθυνση με την ένταση του πεδίου Coulomb Ε κ,που δημιουργείται στον αγωγό από φορτία που βρίσκονται στους ακροδέκτες της πηγής και στα καλώδια του κυκλώματος.

Από την ισότητα E i = -E kακολουθεί ότι συγκεκριμένη εργασία του πεδίου δίνης(δηλαδή αυτο-επαγόμενη εμφ ε i) είναι ίσο σε μέγεθος και αντίθετο σε πρόσημο με το συγκεκριμένο έργο του πεδίου Coulomb. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το συγκεκριμένο έργο του πεδίου Coulomb είναι ίσο με την τάση στα άκρα του πηνίου, μπορούμε να γράψουμε: e i = -i.

Όταν το ρεύμα αλλάζει σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο Εγώ = I m sin σosωt, το emf αυτο-επαγωγής ισούται με: e i = -Λι"= -LωI m cos ωt. Επειδή e i = -και,τότε η τάση στα άκρα του πηνίου αποδεικνύεται ίση

Και= LωI m cos ωt = LωI m sin (ωt + π/2) = U m sin (ωt + π/2)

όπου U m = LωI m - πλάτος τάσης.

Κατά συνέπεια, οι διακυμάνσεις της τάσης στο πηνίο είναι μπροστά από τις διακυμάνσεις του ρεύματος στη φάση κατά π/2, ή, το ίδιο, οι διακυμάνσεις του ρεύματος είναι εκτός φάσης με τις διακυμάνσεις της τάσης κατάπ/2.

Εάν εισάγετε τον προσδιορισμό XL = ωL,τότε παίρνουμε . Μέγεθος Χ Το L, ίσο με το γινόμενο της κυκλικής συχνότητας και της επαγωγής, ονομάζεται επαγωγική αντίδραση. Σύμφωνα με τον τύπο , η τιμή του ρεύματος σχετίζεται με την τιμή της τάσης και την επαγωγική αντίδραση με μια σχέση παρόμοια με το νόμο του Ohm για ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος.

Η επαγωγική αντίδραση εξαρτάται από τη συχνότητα ω. Το συνεχές ρεύμα δεν «παρατηρεί» καθόλου την αυτεπαγωγή του πηνίου. Στο ω = 0, η επαγωγική αντίδραση είναι μηδέν. Όσο πιο γρήγορα αλλάζει η τάση, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF αυτοεπαγωγής και τόσο μικρότερο το πλάτος του ρεύματος. πρέπει να σημειωθεί ότι η τάση στην επαγωγική αντίδραση είναι μπροστά από το ρεύμα στη φάση.

ντο) Πυκνωτής σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Συνεχές ρεύμα δεν διέρχεται από τον πυκνωτή, καθώς υπάρχει διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών του. Εάν ένας πυκνωτής είναι συνδεδεμένος σε ένα κύκλωμα DC, τότε μετά τη φόρτιση του πυκνωτή, το ρεύμα στο κύκλωμα θα σταματήσει.

Αφήστε τον πυκνωτή να συνδεθεί σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Φόρτιση πυκνωτή (q=CU)Λόγω της αλλαγής, η τάση αλλάζει συνεχώς, οπότε ρέει εναλλασσόμενο ρεύμα στο κύκλωμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή και όσο πιο συχνά επαναφορτίζεται, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του ρεύματος.

Η αντίσταση που προκαλείται από την παρουσία ηλεκτρικής χωρητικότητας σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος ονομάζεται χωρητική αντίδραση X s. Είναι αντιστρόφως ανάλογο της χωρητικότητας ΜΕκαι κυκλική συχνότητα ω: Х с =1/ωС.

Ας καθορίσουμε πώς η ισχύς του ρεύματος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου σε ένα κύκλωμα που περιέχει μόνο έναν πυκνωτή, εάν η αντίσταση των καλωδίων και των πλακών του πυκνωτή μπορεί να παραμεληθεί.

Η τάση στον πυκνωτή u = q/C είναι ίση με την τάση στα άκρα του κυκλώματος u = U m cosωt.

Επομένως, q/C = U m cosωt. Το φορτίο του πυκνωτή αλλάζει σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο:

q = CU m cosωt.

Η ισχύς του ρεύματος, που είναι η χρονική παράγωγος του φορτίου, είναι ίση με:

i = q" = -U m Cω sin ωt =U m ωC cos(ωt + π/2).

Ως εκ τούτου, οι διακυμάνσεις ρεύματος είναι μπροστά στη φάση των διακυμάνσεων τάσης στον πυκνωτή κατάπ/2.

Μέγεθος X s, το αντίστροφο του γινομένου ωС της κυκλικής συχνότητας κατά ηλεκτρική χωρητικότηταο πυκνωτής ονομάζεται χωρητικότητα. Ο ρόλος αυτής της ποσότητας είναι παρόμοιος με τον ρόλο της ενεργητικής αντίστασης Rστο νόμο του Ohm. Η τιμή του ρεύματος σχετίζεται με την τιμή της τάσης στον πυκνωτή με τον ίδιο τρόπο που συσχετίζονται το ρεύμα και η τάση σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος συνεχούς ρεύματος. Αυτό μας επιτρέπει να λάβουμε υπόψη την αξία X sως η αντίσταση ενός πυκνωτή στο εναλλασσόμενο ρεύμα (χωρητικότητα).

Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή, τόσο πιο επίκαιροεπαναφόρτιση. Αυτό είναι εύκολο να εντοπιστεί από την αύξηση της πυράκτωσης της λάμπας καθώς αυξάνεται η χωρητικότητα του πυκνωτή. Ενώ η αντίσταση ενός πυκνωτή στο συνεχές ρεύμα είναι άπειρη, η αντίστασή του στο εναλλασσόμενο ρεύμα είναι πεπερασμένη. X s.Όσο αυξάνεται η χωρητικότητα, μειώνεται. Επίσης μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας ω.

Συμπερασματικά, σημειώνουμε ότι κατά το τρίμηνο που ο πυκνωτής φορτίζεται στη μέγιστη τάση του, η ενέργεια εισέρχεται στο κύκλωμα και αποθηκεύεται στον πυκνωτή με τη μορφή ενέργειας ηλεκτρικού πεδίου. Στο επόμενο τρίμηνο της περιόδου, όταν εκφορτιστεί ο πυκνωτής, αυτή η ενέργεια επιστρέφει στο δίκτυο.

Από σύγκριση τύπων XL = ωLΚαι Х с =1/ωСΦαίνεται ότι οι επαγωγείς είναι. αντιπροσωπεύουν μια πολύ μεγάλη αντίσταση για ρεύμα υψηλής συχνότητας και μια μικρή για ρεύμα χαμηλής συχνότητας και οι πυκνωτές κάνουν το αντίθετο. Επαγωγικός X Lκαι χωρητική X ΓΟι αντιστάσεις ονομάζονται αντιδραστικές.

ρε) Ο νόμος του Ohm για ένα ηλεκτρικό κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος.

Ας εξετάσουμε τώρα τη γενικότερη περίπτωση ενός ηλεκτρικού κυκλώματος στο οποίο ένας αγωγός με ενεργή αντίσταση είναι συνδεδεμένος σε σειρά Rκαι χαμηλής αυτεπαγωγής, πηνίο με υψηλή αυτεπαγωγή μεγάλοκαι χαμηλή ενεργή αντίσταση και πυκνωτή με χωρητικότητα ΜΕ

Το έχουμε δει όταν συνδέεται μεμονωμένα σε ένα κύκλωμα ενεργής αντίστασης R,πυκνωτής με χωρητικότητα ΜΕή πηνία με αυτεπαγωγή μεγάλοΤο πλάτος του ρεύματος καθορίζεται ανάλογα από τους τύπους:

; ; I m = U m ωC.

Τα πλάτη τάσης στην ενεργή αντίσταση, τον επαγωγέα και τον πυκνωτή σχετίζονται με το πλάτος του ρεύματος ως εξής: U m = I m R; U m = I m ωL;

Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, η τάση στα άκρα του κυκλώματος είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων σε επιμέρους συνδεδεμένα σε σειρά τμήματα του κυκλώματος. Ωστόσο, εάν μετρήσετε την τάση που προκύπτει στο κύκλωμα και την τάση ενεργοποιημένη μεμονωμένα στοιχείακύκλωμα, αποδεικνύεται ότι η τάση στο κύκλωμα (τιμή rms) δεν είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων στα μεμονωμένα στοιχεία. Γιατί είναι έτσι; Το γεγονός είναι ότι οι διακυμάνσεις της αρμονικής τάσης συνεχίζονται διάφορες περιοχέςτα κυκλώματα είναι εκτός φάσης μεταξύ τους.

Πράγματι, το ρεύμα ανά πάσα στιγμή είναι το ίδιο σε όλα τα τμήματα του κυκλώματος. Αυτό σημαίνει ότι τα πλάτη και οι φάσεις των ρευμάτων που διαρρέουν περιοχές με χωρητική, επαγωγική και ενεργή αντίσταση είναι τα ίδια. Ωστόσο, μόνο στην ενεργό αντίσταση είναι οι ταλαντώσεις τάσης και ρεύματος σε φάση. Σε έναν πυκνωτή, οι διακυμάνσεις τάσης υστερούν σε φάση έναντι των διακυμάνσεων του ρεύματος κατά π/2, και σε έναν επαγωγέα, οι διακυμάνσεις τάσης οδηγούν τις διακυμάνσεις του ρεύματος κατά π/2. Αν λάβουμε υπόψη τη μετατόπιση φάσης μεταξύ των προστιθέμενων τάσεων, αποδεικνύεται ότι

Για να αποκτήσετε αυτήν την ισότητα, πρέπει να είστε σε θέση να προσθέσετε ταλαντώσεις τάσης που είναι εκτός φάσης μεταξύ τους. Ο ευκολότερος τρόπος για να εκτελέσετε την προσθήκη πολλών αρμονικών ταλαντώσεων είναι η χρήση διανυσματικά διαγράμματα.Η ιδέα της μεθόδου βασίζεται σε δύο αρκετά απλές αρχές.

Πρώτα, η προβολή ενός διανύσματος με μέτρο x m που περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα εκτελεί αρμονικές ταλαντώσεις: x = x m cosωt

Κατα δευτερον, όταν προσθέτουμε δύο διανύσματα, η προβολή του συνολικού διανύσματος είναι ίση με το άθροισμα των προβολών των προστιθέμενων διανυσμάτων.

Ένα διανυσματικό διάγραμμα ηλεκτρικών ταλαντώσεων στο κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα θα μας επιτρέψει να λάβουμε τη σχέση μεταξύ του πλάτους του ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα και του πλάτους της τάσης. Δεδομένου ότι η ισχύς του ρεύματος είναι ίδια σε όλα τα τμήματα του κυκλώματος, είναι βολικό να ξεκινήσετε την κατασκευή ενός διανυσματικού διαγράμματος με το διάνυσμα ρεύματος I m. Θα απεικονίσουμε αυτό το διάνυσμα ως ένα οριζόντιο βέλος. Η τάση στην ενεργό αντίσταση είναι σε φάση με το ρεύμα. Επομένως το διάνυσμα UmR, πρέπει να συμπίπτει στην κατεύθυνση με το διάνυσμα I m. Το μέτρο του είναι UmR = ImR

Οι διακυμάνσεις τάσης κατά μήκος της επαγωγικής αντίδρασης είναι μπροστά από τις διακυμάνσεις ρεύματος κατά π/2 και το αντίστοιχο διάνυσμα U m Lπρέπει να περιστραφεί σε σχέση με το διάνυσμα I mκατά π/2. Το μέτρο του είναι U m L = I m ωL.Αν υποθέσουμε ότι μια θετική μετατόπιση φάσης αντιστοιχεί σε μια αριστερόστροφη περιστροφή του διανύσματος, τότε το διάνυσμα U m Lθα πρέπει να στρίψετε αριστερά. (Κάποιος θα μπορούσε, φυσικά, να κάνει το αντίθετο.)

Το μέτρο του είναι UmC =I m /ωC. Να βρείτε το διάνυσμα της συνολικής τάσης U mπρέπει να προσθέσετε τρία διανύσματα: 1) U mR 2) U m L 3) U mC

Πρώτον, είναι πιο βολικό να προσθέσετε δύο διανύσματα: U m L και U m C

Ο συντελεστής αυτού του αθροίσματος είναι ίσος με , αν ωL > 1/ωС. Αυτή ακριβώς είναι η περίπτωση που φαίνεται στο σχήμα. Μετά από αυτό, προσθέτοντας το διάνυσμα ( U m L + U m C)με διάνυσμα UmRπαίρνουμε ένα διάνυσμα U m, που απεικονίζει τις διακυμάνσεις της τάσης στο δίκτυο. Σύμφωνα με το Πυθαγόρειο θεώρημα:

Από την τελευταία ισότητα μπορείτε εύκολα να βρείτε το πλάτος του ρεύματος στο κύκλωμα:

Έτσι, λόγω της μετατόπισης φάσης μεταξύ των τάσεων σε διαφορετικά μέρη του κυκλώματος, η συνολική αντίσταση Ζ το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα εκφράζεται ως εξής:

Από τα πλάτη του ρεύματος και της τάσης, μπορούμε να προχωρήσουμε στις ενεργές τιμές αυτών των μεγεθών:

Αυτός είναι ο νόμος του Ohm για το εναλλασσόμενο ρεύμα στο κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 43. Η στιγμιαία τιμή του ρεύματος αλλάζει αρμονικά με το χρόνο:

Εγώ = I m cos (ωt+ φ),όπου φ είναι η διαφορά φάσης μεταξύ του ρεύματος και της τάσης στο δίκτυο. Εξαρτάται από τη συχνότητα ω και τις παραμέτρους του κυκλώματος R, L, S.

μι) Συντονισμός σε ηλεκτρικό κύκλωμα. Κατά τη μελέτη των εξαναγκασμένων μηχανικών δονήσεων, γνωρίσαμε ένα σημαντικό φαινόμενο - αντήχηση.Συντονισμός παρατηρείται όταν η φυσική συχνότητα των ταλαντώσεων του συστήματος συμπίπτει με τη συχνότητα της εξωτερικής δύναμης. Σε χαμηλή τριβή υπάρχει μια απότομη αύξηση στο πλάτος των εξαναγκασμένων ταλαντώσεων σταθερής κατάστασης. Η σύμπτωση των νόμων των μηχανικών και ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων επιτρέπει αμέσως σε κάποιον να βγάλει ένα συμπέρασμα σχετικά με τη δυνατότητα συντονισμού σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, εάν αυτό το κύκλωμα είναι ένα κύκλωμα ταλάντωσης με μια ορισμένη φυσική συχνότητα ταλαντώσεων.

Το πλάτος του ρεύματος κατά τις εξαναγκασμένες ταλαντώσεις στο κύκλωμα, που συμβαίνουν υπό την επίδραση μιας εξωτερικής αρμονικά μεταβαλλόμενης τάσης, καθορίζεται από τον τύπο:

Σε σταθερή τάση και δεδομένες τιμές R, L και C , το ρεύμα φτάνει στο μέγιστο σε συχνότητα ω που ικανοποιεί τη σχέση

Αυτό το πλάτος είναι ιδιαίτερα μεγάλο στο χαμηλό R.Από αυτή την εξίσωση, μπορείτε να προσδιορίσετε την τιμή της κυκλικής συχνότητας του εναλλασσόμενου ρεύματος στην οποία το ρεύμα είναι μέγιστο:

Αυτή η συχνότητα συμπίπτει με τη συχνότητα των ελεύθερων ταλαντώσεων σε ένα κύκλωμα με χαμηλή ενεργό αντίσταση.

Μια απότομη αύξηση στο πλάτος των ταλαντώσεων εξαναγκασμένου ρεύματος σε ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα με χαμηλή ενεργό αντίσταση συμβαίνει όταν η συχνότητα της εξωτερικής εναλλασσόμενης τάσης συμπίπτει με τη φυσική συχνότητα του ταλαντωτικού κυκλώματος. Αυτό είναι το φαινόμενο του συντονισμού σε ένα ηλεκτρικό ταλαντούμενο κύκλωμα.

Ταυτόχρονα με την αύξηση της ισχύος του ρεύματος σε συντονισμό, οι τάσεις στον πυκνωτή και στον επαγωγέα αυξάνονται απότομα. Αυτές οι τάσεις γίνονται πανομοιότυπες και είναι πολλές φορές μεγαλύτερες από τις εξωτερικές τάσεις.

Πραγματικά,

U m, C, res =

U m, L,res =

Η εξωτερική τάση σχετίζεται με το ρεύμα συντονισμού ως εξής:

U m = . Αν Οτι U m , C ,res = U m , L ,res >> U m

Στον συντονισμό, η μετατόπιση φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης γίνεται μηδέν.

Πράγματι, οι διακυμάνσεις τάσης κατά μήκος του επαγωγέα και του πυκνωτή συμβαίνουν πάντα σε αντιφάση. Τα πλάτη συντονισμού αυτών των τάσεων είναι τα ίδια. Ως αποτέλεσμα, η τάση στο πηνίο και στον πυκνωτή αντισταθμίζεται πλήρως ο ένας τον άλλον, και η πτώση τάσης συμβαίνει μόνο κατά μήκος της ενεργού αντίστασης.

Η μηδενική μετατόπιση φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος σε συντονισμό εξασφαλίζει βέλτιστες συνθήκεςνα λαμβάνει ενέργεια από την πηγή AC τάσηστην αλυσίδα. Υπάρχει μια πλήρης αναλογία με τους μηχανικούς κραδασμούς: στον συντονισμό, η εξωτερική δύναμη (ανάλογη με την τάση σε ένα κύκλωμα) βρίσκεται σε φάση με την ταχύτητα (ανάλογη με το ρεύμα).