В цепях переменного тока выделяют следующие виды сопротивлений.
Активное. Активным называют сопротивление резистора. Условное обозначение
Единицей измерения сопротивления является Ом. Сопротивление резистора не зависит от частоты.
Реактивное. В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. Для индуктивного сопротивления выше была получена формула XL = ωL. Единицей измерения индуктивного сопротивления также является Ом. Величина xL линейно зависит от частоты.
Для емкостного сопротивления выше была получена формула XC = 1 / ωC. Единицей измерения емкостного сопротивления является Ом. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Просто реактивным сопротивлением цепи называют величину X = XL — XC.
Полное сопротивление. Полным сопротивлением цепи называют величину
.
Из этого соотношения следует, что сопротивления Z, R и X образуют треугольник: Z – гипотенуза, R и X – катеты. Для удобства в этом треугольнике рассматривают угол φ, который определяют уравнением
и называют углом сдвига фаз. С учетом него можно дать дополнительные связи
6. Мощности в цепях переменного тока
По аналогии с мощностью в цепях постоянного тока P = U I, в цепях переменного тока рассматривают мгновенную мощность p = u i. Для упрощения рассмотрим мгновенную мощность в каждом из элементов R, L и С отдельно.
Зададим напряжение и ток в виде соотношений
Известно, что для резистора ψu = ψi, тогда для р получим
Из уравнения (2.32) видно, что мгновенная мощность всегда больше нуля и изменяется во времени. В таких случаях принять рассматривать среднюю за период Т мощность
.
Если записать Um и Im через действующие значения U и I: 
,
, то получим
По форме уравнение (2.34) совпадает с мощностью на постоянном токе. Величину Р равную произведению действующих значений тока и напряжения называют активной мощностью. Единицей ее измерения является Ватт (Вт).
6. Мощности в цепях переменного тока
По аналогии с мощностью в цепях постоянного тока P = U I, в цепях переменного тока рассматривают мгновенную мощность p = u i. Для упрощения рассмотрим мгновенную мощность в каждом из элементов R, L и С отдельно.
Зададим напряжение и ток в виде соотношений
Известно, что для резистора ψu = ψi, тогда для р получим
АКТИВНОЕ И РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ | ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ
Из уравнения (2.32) видно, что мгновенная мощность всегда больше нуля и изменяется во времени. В таких случаях принять рассматривать среднюю за период Т мощность
.
Если записать Um и Im через действующие значения U и I: ,, то получим
По форме уравнение (2.34) совпадает с мощностью на постоянном токе. Величину Р равную произведению действующих значений тока и напряжения называют активной мощностью. Единицей ее измерения является Ватт (Вт).
Элемент l (индуктивность)
Известно, что в индуктивности соотношение фаз ψu = ψi + 90°. Для мгновенной мощности имеет
.
Усредняя уравнение (2.35) по времени за период Т получим
.
Для количественной оценки мощности в индуктивности используют величину QL равную максимальному значению рL
и называют ее реактивной (индуктивной) мощностью. Единицей ее измерения выбрали ВАр (вольт-ампер реактивный). Уравнение (2.36) можно записать через действующие значения U и I и используя формулу UL = I XL получим
Виды сопротивления
В электротехнике рассматривается активное электрическое сопротивление, а также две разновидности реактивного: индуктивное и ёмкостное.
Активное сопротивление
Можно представить себе электрическую цепь, в которой к клеммам батарейки через провод последовательно присоединены резистор и электрическая лампочка. Если замкнуть провода, лампочка загорится. Можно использовать вольтметр или мультиметр в соответствующем режиме работы, с помощью которых измеряется разность потенциалов между двумя точками цепи.
Измерив напряжение между клеммами и сравнив его с тем, которое имеется на проводах подсоединённых к лампочке, можно увидеть, что последнее меньше. Это связано с падением напряжения на впаянной в цепь радиодетали. Последняя оказывает противодействие электрическому току, затрудняя его прохождение.
Активным сопротивлением обладает каждая деталь, через которую проходит ток. У металлических проводов оно очень маленькое. Чтобы узнать величину сопротивления радиодетали, нужно изучить обозначение на ее корпусе. Если из рассматриваемой электроцепи убрать резистор, то сила тока, проходящего через лампочку, увеличится.
Формула для расчета активного сопротивления соответствует закону Ома:
- R — величина активного сопротивления между двумя точками в цепи;
- U — напряжение или разность потенциалов между ними;
- I — сила тока на рассматриваемом участке цепи.
Для расчета активного сопротивления проводника формула будет другая:
где K-коэффициент поверхностного эффекта, который равен 1,
- l — длина проводника,
- s — площадь поперечного сечения,
- p — “ро” удельное сопротивление.
Сопротивление принято измерять в Омах. Оно существенно зависит от формы и размеров объекта, через который протекает ток: сечения, длины, материала, а также от температуры. Действие активного сопротивления уменьшает энергию электрического тока, превращая её в другие формы (преимущественно в тепловую).
Физическое значение
Реактивное сопротивление измеряется в Омах и обозначается символом XL. Оно является комплексным числом, включающим действительную и мнимую части. Действительная часть сопротивления является активной и определяет потери энергии на преодоление силы электрического сопротивления провода. Мнимая часть сопротивления является реактивной и связана с изменением магнитного поля в проводе.
Индуктивное и емкостное сопротивление
Индуктивное реактивное сопротивление (XL) возникает в индуктивных цепях и обозначает способность элементов электрической цепи создавать магнитные поля при изменении тока. Чем больше индуктивность элемента, чем большее магнитное поле он создает, тем больше индуктивное реактивное сопротивление.
Емкостное реактивное сопротивление (XC) возникает в емкостных цепях и обозначает способность элементов электрической цепи создавать электрическое поле при изменении тока. Чем больше емкость элемента, чем большее электрическое поле он создает, тем больше емкостное реактивное сопротивление.
Как влияет реактивное сопротивление провода на электрическую цепь?
Реактивное сопротивление провода играет важную роль в передаче и распределении электроэнергии. Оно может вызывать изменение фазы между напряжением и током в цепи и влиять на мощность, потребляемую или передаваемую оборудованием в данной цепи. В зависимости от величины реактивного сопротивления и других параметров цепи, таких как емкость и индуктивность, могут происходить реактивные потери энергии и скачки напряжения.
Индуктивное реактивное сопротивление провода возникает в результате электромагнитных полей, порождаемых током, проходящим по проводу. Это сопротивление может вызывать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи и приводить к потерям энергии. Кроме того, это реактивное сопротивление может оказывать влияние на плоское, магнитное поле, создаваемое этим проводом, что может быть важно в приложениях, таких как передача данных.
Емкостное реактивное сопротивление провода появляется из-за емкости между его проводниками. Оно также может вызывать фазовый сдвиг между напряжением и током и влиять на электрическую мощность. Кроме того, это реактивное сопротивление может иметь значительное влияние на электромагнитную совместимость систем, особенно в случаях высоких частот и мощных токов.
В итоге, подводя итоги, реактивное сопротивление провода играет важную роль в электрической цепи. Оно может влиять на фазовый сдвиг между напряжением и током, электрическую мощность и энергию, передаваемые или потребляемые в цепи. Важно учитывать реактивное сопротивление провода при проектировании и эксплуатации электрических систем, чтобы обеспечить их эффективную работу и минимизировать потери энергии и перенапряжения.
Физический смысл активного сопротивления
Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.
Таким образом, происходит падение напряжения (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.
Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.
Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.
Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, “дырки” в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.
Физический смысл реактивного сопротивления
В катушках и конденсаторах при подаче напряжения происходит накопление энергии в виде магнитных и электрических полей, что требует некоторого времени.
Магнитные поля в сетях переменного тока изменяются вслед за меняющимся направлением движения зарядов, при этом оказывая дополнительное сопротивление.
Кроме того, возникает устойчивый сдвиг фаз напряжения и силы тока, а это приводит к дополнительным потерям электроэнергии.
Физический смысл активного сопротивления
Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.
Таким образом, происходит падение напряжения (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.
Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.
Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.
Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, “дырки” в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.
Физический смысл реактивного сопротивления
В катушках и конденсаторах при подаче напряжения происходит накопление энергии в виде магнитных и электрических полей, что требует некоторого времени.
Магнитные поля в сетях переменного тока изменяются вслед за меняющимся направлением движения зарядов, при этом оказывая дополнительное сопротивление.
Кроме того, возникает устойчивый сдвиг фаз напряжения и силы тока, а это приводит к дополнительным потерям электроэнергии.
Расчёт цепи
При последовательном соединении I = const в любой точке и, согласно закону Ома, его можно рассчитать по формуле:
где Z – электрический импеданс.
Последовательное соединение элементов
Напряжение на устройствах рассчитывается следующим образом:
UR = I · R, UL = I · XL, UC = I · XC.
Вектор индуктивной составляющей напряжения направлен в противоположную сторону от вектора емкостной составляющей, поэтому:
следовательно, согласно расчётам:
Внимание! Для вычисления значения импеданса можно воспользоваться «треугольником сопротивлений», в котором гипотенузой является значение Z, а катетами – значения X и R.
Если в цепь подключены и конденсатор, и катушка индуктивности, то, согласно теореме Пифагора, гипотенуза (Z) будет равна:
Так как X = XL – XC, то:
При решении электротехнических задач часто импеданс записывают в виде комплексного числа, в котором действительная часть соответствует значению активной составляющей, а мнимая – реактивной. Таким образом, выражение для импеданса в общем виде имеет вид:
где i – мнимая единица.
Для онлайн расчёта реактивного сопротивления можно использовать программу – калькулятор, которую можно найти в сети Интернет. Подобных сервисов достаточно много, поэтому вам не составит труда подобрать удобный для вас калькулятор.
Онлайн калькулятор для расчёта емкостных и индуктивных характеристик
Благодаря таким Интернет сервисам, можно быстро выполнить нужный расчёт.
Вопрос-ответ:
Что такое реактивное сопротивление провода?
Реактивное сопротивление провода — это комплексное сопротивление, которое возникает в результате воздействия переменного тока на проводник. Оно обусловлено индуктивностью и емкостью провода.
Какое значение имеет реактивное сопротивление провода?
Значение реактивного сопротивления провода зависит от частоты тока, объема и длины провода, а также от его материала и геометрии. Реактивное сопротивление измеряется в омах и может быть как положительным, так и отрицательным.
Как рассчитать реактивное сопротивление провода?
Реактивное сопротивление провода можно рассчитать с использованием специальных формул и учетом всех факторов, влияющих на его величину. Например, для расчета реактивного сопротивления индуктивного провода необходимо знать его индуктивность, частоту тока и активное сопротивление.
Какое значение имеет реактивное сопротивление в электрических цепях?
Реактивное сопротивление играет важную роль в электрических цепях. Оно может приводить к отставанию или опережению напряжения от тока в цепи. Кроме того, реактивное сопротивление влияет на потери электроэнергии и эффективность работы цепи.
Как снизить реактивное сопротивление провода?
Снизить реактивное сопротивление провода можно путем выбора проводника с меньшей индуктивностью и емкостью, а также оптимизации его геометрии. Также можно применять специальные компенсационные устройства, которые помогают балансировать реактивное сопротивление в цепи.
Что такое реактивное сопротивление провода?
Реактивное сопротивление провода — это компонента импеданса, которая возникает из-за изменения тока в проводнике. Его значение зависит от частоты переменного тока и физических параметров провода.
Какова физическая природа реактивного сопротивления провода?
Физическая природа реактивного сопротивления провода связана с возникновением электромагнитного поля вокруг провода, когда через него проходит переменный ток. Это индуктивное поле вызывает сопротивление переменному току и является причиной возникновения реактивного сопротивления.
