Реактивное сопротивление – что это?

Видео: Standing waves in the Tesla transformer, resonance, transformation ratio

Человек уже давно применяет для своих нужд электрическую, химическую, атомную энергию. Для технического описания любой из них имеется набор понятий, позволяющих характеризовать их суть. Например, такие признаки, как мощность, напряженность, плотность и др., широко применяются при изучении не только электрической, но и других известных видов энергии. Одним из таких универсальных понятий является широко применяемый в электричестве термин «сопротивление». В других областях имеются его аналоги – поглощение, рассеяние, отражение и т.д. «Сопротивление» - это, фактически, и есть характеристика потерь энергетического поля. Цель науки и техники в том и состоит, чтобы определить, в чем состоит причина сопротивления.

Видео: Расчет конденсатора-реактивного сопротивления

Сопротивление в электрических цепях имеет двоякую сущность - говорят, активное и реактивное сопротивление. Для проводника электрическое сопротивление является основной характеристикой и обусловлено противодействием материала проводника перемещению носителей тока. Причины этого противодействия могут быть разными, чем и объясняется его разное название. Сопротивление всегда сопровождается превращением одного вида энергии в другие за счет уменьшения энергии основного источника. Для случая электрической энергии этот переход означает превращение энергии источника эдс в тепловую, магнитную или электрическую энергию.

Исторически, первым в биографии сопротивления было изучение активного сопротивления, которое обусловлено превращением энергии источника в нагрев проводника. Происходит это по той причине, что заряды (а это электроны) под действием поля эдс источника перемещаются по проводнику, образно говоря, «расталкивая» кристаллы или молекулы вещества. При этом взаимные обмен-передача энергии приводят к повышению температуры проводника, т.е. налицо преобразование электрической энергии в тепловую. Если источник эдс не меняет своей величины U и направления, то ток в цепи I называется постоянным, а сопротивление R такой цепи рассчитывают, исходя из закона Ома: R = U / I .

Видео: Реактивное сопротивление конденсатора и индуктивности. Расчет в Execel.

Сопротивление цепи постоянного тока может быть только активным. Реактивное сопротивление «дает о себе знать» только в цепях переменного тока, которые содержат вполне конкретную индуктивность (катушка) или емкость (конденсатор). Строго говоря, любой проводник имеет некоторую индуктивность и емкость, но обычно они столь ничтожно малы, что ими пренебрегают. Индуктивность и емкость при протекании по ним электрических зарядов преобразуют их энергию в магнитное поле катушки или электрическое поле диэлектрика. Запасенная таким образом энергия, при перемене знака источника эдс, возвращается обратно в виде энергии движения зарядов, откуда и название - «реактивное сопротивление».

Индуктивность в цепи переменного тока «оказывает сопротивление» протекающему току через явление самоиндукции: изменение тока, порожденное изменением эдс источника, приводит к изменению электромагнитного поля так, что оно пытается поддерживать ток в цепи за счет запасенной энергии магнитного поля. Мера запасенной энергии является мерой индуктивности цепи L, которая зависит от частоты f переменного тока. Реактивное сопротивление катушки индуктивности определяют по следующей формуле:

XL = 2 * &pi- * f * L.

Конденсатор в цепи переменного тока накапливает энергию электрического поля путем заряда диэлектрика. При изменении величины и/или направления эдс источника напряжение на обкладках конденсатора поддерживается спадающим током, причем тем дольше, чем больше емкость С конденсатора.

Видео: Индуктивное сопротивление

Реактивное сопротивление конденсатора, также частотнозависимое, вычисляется по формуле:

Xc = 1 / (2 *&pi- * f * С).

Из этого выражения видно, что с ростом частоты и/или емкости сопротивление уменьшается. Таким образом, для цепи переменного тока, где имеются резистор, катушка индуктивности и конденсатор, необходимо определять некое суммарное активное и реактивное сопротивление. В общем случае, формула для расчета полного сопротивления имеет «пифагоровский привкус»:

Zv2= Rv2 + (XL + Xc) v2

*примечание: знак «v» следует читать «Z в квадрате» и т.д.

И окончательно формула полного сопротивления выглядит следующим образом:

Z =&radic-(squarte) Rv2 + (XL + Xc) v2.