Przypomnijmy, że wygodnie jest obserwować oscylacje w obwodzie oscylacyjnym. Nazywamy obwód oscylacyjny najprostszym systemem, w którym mogą istnieć te oscylacje. Obwód oscylacyjny składa się z dwóch elementów - cewki, z pewną liczbą zwojów, która ma indukcyjność, oraz kondensatora, którego główną cechą jest natężenie elektryczne (ryc. 1).
Ryc. 1. Oznaczenia cewki i kondensatorów ()
Elementy można łączyć na różne sposoby, ale najczęściej, aby obserwować oscylacje, są one połączone jak pokazano na rys. 2
Ryc. 2. Obwód oscylacyjny LC ()
Kondensator jest połączony równolegle z cewką, taki obwód nazywa się obwodem oscylacyjnym LC, podkreślając w ten sposób, że kondensator i cewka są częścią obwodu. Jest to najprostszy system, w którym występują oscylacje elektromagnetyczne. Jak już wiemy, fluktuacje mogą wystąpić, jeśli istnieją pewne warunki:
1. Obecność obwodu oscylacyjnego.
2. Oporność elektryczna powinna być bardzo mała.
3. Naładowany kondensator.
Wszystko to dotyczy swobodnych oscylacji.
Aby wystąpić nieodwzorowane oscylacje - wymuszone oscylacje, musimy dostarczać dodatkową energię do kondensatora za każdym razem w obwodzie oscylacyjnym. Zobaczmy, jak to wygląda na schemacie (ryc. 3).
Ryc. 3. Obwód oscylacyjny wymuszonych oscylacji elektromagnetycznych ()
W tym przypadku pokazano obwód oscylacyjny, którego kondensator jest zaopatrzony w klucz. Klawisz może przełączyć się na pozycję 1 lub pozycję 2. Po podłączeniu do pozycji 1 kondensator jest podłączony do źródła napięcia i otrzymuje ładunek, to znaczy ładuje się kondensator. Po podłączeniu do pozycji 2, oscylacje rozpoczynają się w tym obwodzie oscylacyjnym, a wykres tego obwodu oscylującego ma następującą postać (ryc. 4).
Ryc. 4. Wykres wymuszonych oscylacji elektromagnetycznych ()
Po podłączeniu klucza do pozycji 2 prąd elektryczny zwiększa się, zmienia kierunek i przechodzi w tłumienie, kiedy klucz zostaje przełączony na pozycję 1, a następnie na pozycję 2, następuje następny okres oscylacji. W rezultacie widzimy obraz wymuszonych oscylacji elektromagnetycznych przepływających w obwodzie.
Najczęstszym rodzajem wymuszonych oscylacji elektromagnetycznych jest rama obracająca się w polu magnetycznym. To urządzenie nazywa się generatorem. prąd przemiennya sam prąd przemienny jest wymuszony oscylacjami elektromagnetycznymi.
W celu uzyskania niewywołanych oscylacji w obwodzie konieczne jest wykonanie obwodu, w którym kondensator byłby ładowany za każdym razem, co najmniej jeden okres.
Kiedy prąd elektryczny przepływa w obwodzie oscylacyjnym za każdym razem, gdy występuje utrata energii, która jest związana z aktywnym oporem, to znaczy energia jest zużywana na ogrzewanie przewodów, ale są jeszcze dwa ważne punkty utraty energii:
Koszty energetyczne ładunku kondensatora elektromagnetycznego na dielektryku, który znajduje się między płytami. Wyeksponowany dielektryk pole elektrycznektóry występuje wewnątrz kondensatora, iw tym przypadku część energii jest zużywana;
Kiedy prąd elektryczny płynie wzdłuż konturu, powstaje pole magnetyczne, które rozprasza pewną ilość energii w otaczającej przestrzeni.
Aby zrekompensować te straty, musimy za każdym razem przekazać energię do skraplacza.
Ten problem został rozwiązany z powodzeniem w 1913 r., Kiedy trzyelektrodowe lampa elektroniczna (Ryc. 5).
Ryc. 5. Trójelektrodowa lampa elektroniczna ()
Wymuszone oscylacje elektromagnetyczne - okresowe zmiany prądu i napięcia w obwód elektryczny.
Obwód elektryczny niekoniecznie jest obwodem oscylującym, ale okresowe zmiany charakterystyki (prąd, napięcie, ładunek), będą wymuszone oscylacjami elektromagnetycznymi.
Wymuszone oscylacje elektromagnetyczne - niewytłumaczone oscylacje elektromagnetyczne, ponieważ nie zatrzymują się przez arbitralnie długi czas, za każdym razem, gdy planujemy.
Teoria elektro pole magnetyczne sformułował angielski naukowiec James Maxwell, rozważymy to na dalszych lekcjach.
Referencje
Praca domowa
Wymuszone wibracje nazywane są oscylacjami powodowanymi przez działanie sił zewnętrznych na system, które okresowo zmieniają się wraz z upływem czasu. W przypadku oscylacji elektromagnetycznych taka siła zewnętrzna jest zmienną okresowo emf. obecne źródło.
Charakterystyczne cechy wymuszonych oscylacji: wymuszone oscylacje - nieuszkodzone oscylacje; częstotliwość wymuszonych oscylacji jest równa częstotliwości zewnętrznego efektu okresowego na układzie oscylacyjnym, tj. w tym przypadku równej częstotliwości zmiany siły elektromotorycznej. obecne źródło.
Amplituda wymuszonych oscylacji zależy od częstotliwości zmiany emf. obecne źródło. Dla wymuszonych oscylacji charakterystycznych dla zjawiska rezonansu elektrycznego, w którym amplituda wymuszonych oscylacji staje się maksymalna. To zjawisko fizyczne obserwuje się, gdy częstotliwość zmian wartości siły elektromagnetycznej jest zbieżna. źródło prądu z własną częstotliwością oscylacji tego obwodu, tj .:
gdzie: i jest chwilową wartością prądu, tj. jego wartość w czasie t = 0;
J0 - amplituda lub maksymalny prąd;
w jest częstotliwością zmiany prądu, numerycznie równą częstotliwości zmiany emf. obecne źródło.
W praktyce niewygodne jest używanie chwilowych lub amplitudowych wartości prądu i napięcia. Amperomierze i woltomierze w obwodzie prądu przemiennego mierzą tak zwane skuteczne lub efektywne wartości prądu przemiennego, które są związane z wartościami amplitudowymi prądu według wzorów:
Efektywne wartości prądu i napięcia prądu zmiennego nazywane są wartościami tych wielkości dla takich prąd stałyktóry przy tej samej rezystancji czynnej emituje w czasie równym okresowi T prądu przemiennego taką samą ilość ciepła jak ten prąd przemienny.
Źródłem prądu przemiennego jest alternator, którego podstawowa zasada jest oparta na równomiernym obrocie z prędkością kątową w płaskiej ramie o polu S, składającym się z N zwojów, w jednolitym polu magnetycznym z indukcją B. Jednocześnie naprzemienny strumień magnetyczny przenika do ramy:
gdzie: Ф0 - maksymalna wartość strumienia magnetycznego;
a jest kątem między normalnym a ramowym i magnetycznym wektorem B;
Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej natychmiastowa wartość emf będzie podekscytowana w kadrze, zmieniając się zgodnie z prawem:
gdzie: e jest chwilową wartością emf;
e0 jest wartością amplitudy emf;
w jest prędkością kątową obrotu ramy.
Zasadniczo obwód prądu przemiennego jest obwodem oscylującym:
Napięcie na zaciskach źródła prądu U zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym z częstotliwością zmiany emf. alternator.
Istnieje zasadnicza różnica między rezystancją elektryczną obwodu prądu przemiennego w porównaniu do rezystancji elektrycznej obwodu prądu stałego z powodu przekształceń moc elektryczna do innych form energii.
Urządzenia, w których energia elektryczna jest całkowicie i nieodwracalnie przekształcana w inne formy energii, nazywane są obciążeniami czynnymi, a rezystancje elektryczne tych urządzeń nazywane są czynnymi rezystancjami. W obwodzie prądu stałego występują tylko obciążenia aktywne.
Urządzenia, w których nie następuje nieodwracalna konwersja energii elektrycznej na inne formy energii, nazywane są ładunkami reaktywnymi, a ich rezystancje nazywane są ładunkami reaktywnymi. Reaktory w obwodzie prądu przemiennego mają kondensator i cewkę indukcyjną, które są odpowiednio określane jako rezystancja pojemnościowa xc i rezystancja indukcyjna xL. W tym przypadku kondensator ma tylko reaktancję, a cewka indukcyjna oprócz reaktancji ma również aktywną rezystancję. Opór reaktywny oblicza się według wzorów:
gdzie: С - pojemność kondensatora;
L to indukcyjność cewki;
w to częstotliwość zmian w emf. obecne źródło.
Jeżeli w obwodzie prądu przemiennego nie ma obciążenia biernego lub jego rezystancja jest nieistotna w porównaniu do rezystancji czynnej obwodu, wówczas fluktuacje prądu pokrywają się w fazie z fluktuacjami napięcia i występują z częstotliwością i fazą napięcia elektromagnetycznego. obecne źródło:
Obwód prądu przemiennego, który nie zawiera kondensatora i którego rezystancja jest znikoma w porównaniu z rezystancją indukcyjną, nazywany jest obwodem prądu przemiennego z rezystancją indukcyjną. W takim obwodzie oscylacje napięcia na cewce wyprzedzają oscylacje prądu o π / 2, tj.
. (14)
Obwód prądu przemiennego, który nie ma impedancji indukcyjnej i którego rezystancja jest znikoma w porównaniu z impedancją pojemnościową, nazywany jest obwodem prądu przemiennego z impedancją pojemnościową. W takim obwodzie oscylacje prądu wyprzedzają fluktuacje napięcia o π / 2:
. (21)
Moc nazywana jest mocą czynną. Mnożnik cosφ nazywany jest współczynnikiem mocy, gdzie: j jest przesunięciem fazowym między fluktuacjami prądu i napięcia. Współczynnik mocy obliczany jest według wzoru.
WYMUSZONE OSCYLACJE ELEKTROMAGNETYCZNE.
Wymuszone wibracje nazywane są oscylacjami powodowanymi przez działanie sił zewnętrznych na system, które okresowo zmieniają się wraz z upływem czasu. W przypadku oscylacji elektromagnetycznych taka siła zewnętrzna jest zmienną okresowo emf. obecne źródło.
Charakterystyczne cechy wymuszonych oscylacji: wymuszone oscylacje - nieuszkodzone oscylacje; częstotliwość wymuszonych oscylacji jest równa częstotliwości zewnętrznego efektu okresowego na układzie oscylacyjnym, tj. w tym przypadku równej częstotliwości zmiany siły elektromotorycznej. obecne źródło.
Amplituda wymuszonych oscylacji zależy od częstotliwości zmiany emf. obecne źródło. Dla wymuszonych oscylacji charakterystycznych dla zjawiska rezonansu elektrycznego, w którym amplituda wymuszonych oscylacji staje się maksymalna. To zjawisko fizyczne obserwuje się, gdy częstotliwość zmian wartości siły elektromagnetycznej jest zbieżna. źródło prądu z własną częstotliwością oscylacji tego obwodu, tj .:
gdzie: i jest chwilową wartością prądu, tj. jego wartość w czasie t = 0;
J 0 - amplituda lub maksymalny prąd;
w jest częstotliwością zmiany prądu, numerycznie równą częstotliwości zmiany emf. obecne źródło.
W praktyce niewygodne jest używanie chwilowych lub amplitudowych wartości prądu i napięcia. Amperomierze i woltomierze w obwodzie prądu przemiennego mierzą tzw działając lub skuteczne wartości prądu przemiennego, które są powiązane z wartościami amplitudy prądu według wzorów:
Efektywne wartości prądu i napięcia AC są wartościami tych wielkości dla takiego prądu stałego, który przy tej samej rezystancji czynnej wytwarza w czasie równym okresowi T prądu przemiennego taką samą ilość ciepła jak ten prąd przemienny.
Źródłem prądu przemiennego jest alternator, którego podstawowa zasada jest oparta na równomiernym obrocie z prędkością kątową w płaskiej ramie o polu S, składającym się z N zwojów, w jednolitym polu magnetycznym z indukcją B. Jednocześnie naprzemienny strumień magnetyczny przenika do ramy:
gdzie: Ф 0 - maksymalna wartość strumienia magnetycznego;
a jest kątem między normalnym a ramowym i magnetycznym wektorem B;
Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej natychmiastowa wartość emf będzie podekscytowana w kadrze, zmieniając się zgodnie z prawem:
gdzie: e jest chwilową wartością emf;
e 0 to wartość amplitudy emf;
w jest prędkością kątową obrotu ramy.
Zasadniczo obwód prądu przemiennego jest obwodem oscylującym:
Napięcie na zaciskach źródła prądu U zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym z częstotliwością zmiany emf. alternator.
Istnieje zasadnicza różnica między rezystancją elektryczną obwodu prądu zmiennego w porównaniu do rezystancji elektrycznej obwodu prądu stałego, w wyniku konwersji energii elektrycznej na inne formy energii.
Urządzenia, w których energia elektryczna jest całkowicie i nieodwracalnie przekształcana w inne formy energii, są nazywane aktywne obciążenia i oporności elektrycznej tych urządzeń aktywne opory. W obwodzie prądu stałego występują tylko obciążenia aktywne.
Urządzenia, w których nie następuje nieodwracalne przekształcenie energii elektrycznej w inne formy energii, są nazywane reaktywny obciążenia i ich odporność - reaktywny opory. Reaktory w obwodzie prądu przemiennego mają kondensator i cewkę indukcyjną, które są odpowiednio wywoływane pojemnościowy x z oporem i indukcyjny Opór x L. W tym przypadku kondensator ma tylko reaktancję, a cewka indukcyjna oprócz reaktancji ma również aktywną rezystancję. Opór reaktywny oblicza się według wzorów:
gdzie: С - pojemność kondensatora;
L to indukcyjność cewki;
w to częstotliwość zmian w emf. obecne źródło.
Jeżeli w obwodzie prądu przemiennego nie ma obciążenia biernego lub jego rezystancja jest nieistotna w porównaniu do rezystancji czynnej obwodu, wówczas fluktuacje prądu pokrywają się w fazie z fluktuacjami napięcia i występują z częstotliwością i fazą napięcia elektromagnetycznego. obecne źródło:
Obwód prądu przemiennego, który nie zawiera kondensatora i którego rezystancja jest znikoma w porównaniu z rezystancją indukcyjną, nazywany jest obwodem prądu przemiennego z rezystancją indukcyjną. W takim obwodzie fluktuacje napięcia na cewce wyprzedzają bieżące oscylacje o / 2, tj .:
. (14)
Obwód prądu przemiennego, który nie ma impedancji indukcyjnej i którego rezystancja jest znikoma w porównaniu z impedancją pojemnościową, nazywany jest obwodem prądu przemiennego z impedancją pojemnościową. W takim obwodzie fluktuacje natężenia prądu wyprzedzają fluktuacje napięcia o / 2:
Dla amplitudy i efektywnych wartości prądu przemiennego prawo Ohma jest prawdziwe:
, (19)
gdzie wartość R nazywana jest impedancją obwodu prądu przemiennego.
Ilość ciepła Q uwalnianego przy aktywnym oporze obliczana jest zgodnie z prawem Joule'a-Lenza:
. (20)
Ilość przetworzonej energii elektrycznej na inne rodzaje energii jest określana przez moc prądu przemiennego. Ponieważ - obecna siła i napięcie - zmienne, wtedy moc w obwodzie prądu przemiennego jest zmienna. Dlatego sensowne jest mówienie tylko o chwilowej wartości mocy = I 2 R a lub o średniej wartości mocy okres T prądu zmiennego, obliczany według wzoru:
. (21)
Moc zadzwonił aktywne moc. Mnożnik cosφ został wywołany współczynnik mocy gdzie: j - przesunięcie fazowe między zmianami prądu i napięcia. Współczynnik mocy obliczany jest według wzoru:
. (22)
Aby zamienić prąd przemienny jednego napięcia na prąd przemienny o innym napięciu na tej samej częstotliwości, użyj urządzenia o nazwie transformator . Transformator to układ złożony z dwóch uzwojeń (cewek) połączonych jednym rdzeniem. Jeśli oryginalna cewka zawiera N 1 zwojów, a drugorzędna - N 2 zwojów, to stosunek transformacji k jest obliczany według wzoru:
gdzie e 1 i e 2 - emf indukcja uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
Jeżeli spadek napięcia na aktywnej rezystancji uzwojenia pierwotnego transformatora jest znikomy, wówczas: ε 1 = u 1 i ε 2 = u 2. Następnie:
Kpd transformator jest to stosunek mocy P 2 dostarczanej przez uzwojenie wtórne do mocy P 1 dostarczanej do uzwojenia pierwotnego:
. (25)
Kpd nowoczesne transformatory są bardzo wysokie - 97-98%. Dlatego też, zgodnie z prawem zachowania energii, moc prądu w uzwojeniu pierwotnym jest prawie równa mocy prądu w uzwojeniu wtórnym: P 1 P 2. Wynika z tego, że: J 1 U 1 J 2 U 2.
Następnie wzór (24) można zapisać w formie:
, (26)
gdzie: J 1, J 01 - wartości prądu i amplitudy prądu w uzwojeniu pierwotnym;
J 2, J 02 - wartości prądu i amplitudy prądu w uzwojeniu wtórnym.
Wymuszone oscylacje elektromagnetyczne nazywane są okresowymi zmianami prądu i napięcia w obwodzie elektrycznym, występującymi pod działaniem zmiennej EMF ze źródła zewnętrznego. Zewnętrznym źródłem siły elektromotorycznej w obwodach elektrycznych są alternatory pracujące w elektrowniach.
Zasada działania alternatora jest łatwa do pokazania przy rozważaniu obracającej się ramy drutu w polu magnetycznym.
W jednolitym polu magnetycznym z indukcją B umieszczamy prostokątną ramkę utworzoną przez przewodniki (abcd).
Niech płaszczyzna ramy jest prostopadła do indukcji pola magnetycznego B, a jej powierzchnia jest równa S.
Strumień magnetyczny w chwili t0 = 0 będzie równy Ф = В * 8.
Jeżeli rama obraca się równomiernie wokół osi OO1 z prędkością kątową w, strumień magnetyczny przenikający do ramy będzie się zmieniał w czasie zgodnie z prawem: Ф = B S coswt
Istnieją dwa przypadki rezonansu w obwodach oscylacyjnych: rezonans napięciowy i rezonans prądowy.
Rezonans napięciowy lub rezonans szeregowy obserwuje się, gdy generator jest zmiennym emf. ładowane na połączone szeregowo kontury L i C (ryc. 1a), tj. zawarte w konturze.
Ryc.1 - Schemat i krzywe rezonansowe dla rezonansu napięciowego
W takim obwodzie istnieje opór. r a całkowita reaktancja x równa się
Różnica x L i x C jest przyjęta, ponieważ impedancja indukcyjna i pojemnościowa ma przeciwny wpływ na prąd. Pierwszy powoduje, że obecna faza pozostaje w tyle za napięciem, a druga, przeciwnie, tworzy opóźnienie napięcia od prądu.
Przy naturalnych oscylacjach x L i x C są sobie równe. Jeżeli częstotliwość generatora jest równa częstotliwości obwodu, to dla prądu generowanego przez generator x L i x C są również takie same. Następnie całkowita reaktancja x staje się równa zero i pełna odporność obwód generatora jest tylko jednym aktywnym oporem, który w obwodach ma stosunkowo małą wartość. Dzięki temu prąd znacznie się zwiększa i eliminuje przesunięcie fazowe między napięciem a prądem generatora.
Napięcie rezonansowe wyraża się tym, że impedancja obwodu staje się najmniejsza i równa rezystancji czynnej, a prąd staje się maksymalny.
Warunkiem rezonansu napięciowego jest równość częstotliwości generatora i obwodu f = f0 lub równość rezystancji indukcyjnych i pojemnościowych dla prądu generatora:
Gdy częstotliwość generatora jest wyższa niż częstotliwość obwodu, rezystancja indukcyjna jest większa od pojemnościowej, a obwód reprezentuje rezystancję indukcyjną generatora.
Jeśli częstotliwość generatora jest mniejsza niż częstotliwość obwodu, wówczas pojemność jest bardziej indukcyjna, a obwód generatora ma charakter pojemnościowy. W każdym z tych przypadków, przy odchyleniu od rezonansu, całkowita rezystancja obwodu wzrasta w porównaniu z jego wartością przy rezonansie.
Rys. 1b pokazuje wykresy zmiany impedancji obwodu z i prądu I, gdy zmienia się częstotliwość generatora f.
Aby obliczyć rezystancję obwodu i natężenie prądu przy rezonansie napięciowym są proste formuły:
Zatem napięcie generatora U jest równe spadkowi napięcia na aktywnej rezystancji ( r
).
Duży prąd w obwodzie przy rezonansie tworzy indukcyjny i rezystancje pojemnościowe napięcia znacznie wyższe niż napięcie generatora. Są równe:
Ponieważ xL = x C = p, napięcia te są równe, ale są przeciwne w fazie i wzajemnie się kompensują. Rzeczywiście, napięcie na cewce wyprzedza prąd o 90 °, a napięcie na kondensatorze jest 90 ° za prądem. Oczywiste jest, że pomiędzy tymi napięciami przesunięcie fazowe wynosi 180 °.
Krzywa rezonansowa dla prądu, pokazana na (rys. 6), z niewielką zmianą częstotliwości pokazuje również zmianę napięcia U L i U C (tylko w innej skali). Wynika to z faktu, że gdy częstotliwość zmienia się w pobliżu rezonansu, prąd zmienia się znacznie, a rezystancje xL i xC są stosunkowo małe.
Na przykład, jeśli f exp - 1000 kHz, a częstotliwość zmienia się o 20 kHz, tj. o 2%, wtedy rezystancje x L i x С również zmieniają się tylko o 2%. W rezultacie napięcia U L = Ix L i U C = Ix С zmieniają się niemal dokładnie proporcjonalnie do prądu.
Przy rezonansie napięcie na cewce lub na kondensatorze jest Q razy większe niż napięcie generatora, U = Ir. Napięcie na L lub C jest równe U L = U C = p. Dlatego
Im wyższy Q obwodu Q, tym większy wzrost napięcia przy rezonansie. Wzrost napięcia na cewce i na kondensatorze jest charakterystyczny dla rezonansu napięciowego, którego sama nazwa podkreśla wzrost napięcia w momencie rezonansu.
Duże napięcie na cewce i kondensatorze uzyskuje się dzięki stopniowemu gromadzeniu energii w obwodzie w procesie oscylacji w nim. Generator generatora wzbudza oscylacje w obwodzie, którego amplituda wzrasta, aż energia dostarczana przez generator stanie się równa stracie energii w aktywnej rezystancji obwodu. Następnie w obwodzie występują silne oscylacje, charakteryzujące się wysokim prądem i wysokim napięciem, a generator zużywa niewielką moc tylko w celu kompensacji strat energii.
Podobnie, podczas wahania ciężkiego wahadła z lekkimi ruchami ręki z częstotliwością równą własnej częstotliwości, możliwe jest stopniowe wprowadzanie amplitudy oscylacji wahadła do znacznej wartości wielokrotnie większej niż amplituda oscylacji ręki grającej rolę generatora.
Napięcie rezonansowe stosowane w radiu w celu uzyskania maksymalnego prądu w obwodzie.
Na przykład, obwód anteny nadajnika radiowego jest dostrojony do rezonansu napięciowego, aby zmaksymalizować prąd w antenie. Wtedy zasięg nadajnika będzie największy. Obwód wejściowy odbiornika jest dostrojony do rezonansu prądów w celu uzyskania maksymalnego wzmocnienia napięcia sygnałów stacji radiowej, na częstotliwości, z którą obwód jest dostrojony. Sygnały napięciowe innych stacji radiowych, których częstotliwości różnią się od częstotliwości rezonansowej obwodu odbiorczego, są nieznacznie wzmacniane.
W przypadku rezonansu napięciowego rezystancja wewnętrzna generatora jest uwzględniona w aktywnej rezystancji obwodu. Jeśli jest duży, jakość obwodu może stać się niska, a jego właściwości rezonansowe będą słabo wyrażone. Dlatego dla rezonansu napięć generator zasilający obwód musi mieć mały opór wewnętrzny.
Rezonans prądowy, rezonans równoległy - uzyskuje się, gdy generator jest obciążony indukcyjnością i połączoną równolegle pojemnością, tj. gdy generator jest włączony poza obwodem (rys. 1 a). Sam obwód oscylacyjny, uważany za abstrakcyjny z generatora, musi być wciąż wyobrażany jako obwód szeregowy L i C. Nie należy zakładać, że w obwodzie prądu rezonansowego generator i obwód są połączone równolegle.
Cały obwód jako całość jest rezystancją obciążenia dla generatora i dlatego generator jest włączany szeregowo, jak to zawsze ma miejsce w obwodzie zamkniętym.
Ryc.1 - Schematy i krzywe rezonansowe dla rezonansu prądowego
Warunki dla uzyskania rezonansu prądowego są takie same jak w przypadku rezonansu napięciowego: f = f 0 lub x L = x C. Jednak w swoich właściwościach rezonans prądów pod wieloma względami jest przeciwny do rezonansu napięć. W tym przypadku napięcie na cewce i na kondensatorze jest takie samo jak napięcie generatora. W rezonansie rezystancja obwodu między punktami odgałęzień staje się maksymalna, a prąd generatora będzie minimalny. Całkowita (równoważna) rezystancja pętli ( Z) dla generatora przy rezonansie prądowym R można obliczyć za pomocą dowolnej z poniższych formuł
Gdzie L i C - w Henry i Farad oraz R er, r i r - w omach.
Opór R Oporność rezonansowa jest czysto aktywna i dlatego przy rezonansie prądowym nie ma przesunięcia fazowego między napięciem generatora a jego prądem.
Na (Rys. 1b), dla rezonansu prądów, pokazano zmianę impedancji obwodu z i prądu I generatora ze zmianą częstotliwości generatora f.
W samym obwodzie, w rezonansie, występują silne oscylacje, a zatem prąd wewnątrz obwodu jest wielokrotnie większy niż prąd generatora. Prądy w indukcyjności i pojemności I L i Ja C można uważać za prądy w gałęziach lub jako prąd nieuszkodzonych oscylacji wewnątrz obwodu, obsługiwanych przez generator. W stosunku do napięcia U prąd w cewce jest 90 ° z tyłu, a prąd w zbiorniku wyprzedza to napięcie o 90 °, tj. prądy są przesunięte względem siebie o 180 °. Ze względu na obecność rezystancji czynnej skoncentrowanej głównie w cewce, prądy I L i I C faktycznie mają przesunięcie fazowe nieznacznie mniejsze niż 180 °, a prąd I L jest nieznaczny (mniejszy niż I C. Dlatego, zgodnie z pierwszym prawem Kirchhoffa, dla punktu rozgałęzienia można pisać
Im mniej aktywny rezystancja w obwodzie, tym mniejsza różnica między I C i I L, tym mniej prąd generatora i większa rezystancja obwodu. Jest to całkiem zrozumiałe. Prąd z generatora uzupełnia energię w obwodzie, kompensując jej utratę aktywnego oporu. Kiedy rezystancja czynna zmniejsza się, straty energii w niej maleją, a generator zużywa mniej energii, aby utrzymać niehamowane oscylacje.
Gdyby kontur był idealny, rozpoczęte oscylacje byłyby kontynuowane bez tłumienia i nie wymagałyby od generatora energii do ich utrzymania. Prąd generatora będzie wynosił zero, a opór pętli będzie nieskończony.
Aktywna moc pobierana przez generator może być obliczana jako
lub jako utrata mocy w aktywnej rezystancji obwodu
gdzie Ja k - prąd w obwodzie, równy Ja L lub Ja C.
Dla rezonansu prądów, a także dla rezonansu napięć, typowe jest pojawianie się silnych oscylacji w obwodzie z niewielkim wydatkiem mocy generatora.
Na zjawisko rezonansu w obwodzie równoległym duży wpływ ma opór wewnętrzny. R zasilam generator. Jeżeli rezystancja ta jest niewielka, to napięcie na zaciskach generatora, a w konsekwencji na obwodzie, jest nieco inne niż emf. generator i pozostaje prawie stały w amplitudzie, pomimo obecnych zmian ze zmienną częstotliwością. Naprawdę U = E - IR i, ale ponieważ Rj jest mała, utrata napięcia wewnątrz generatora IRi również jest nieistotna i U = E.
Impedancja obwodu w tym przypadku jest w przybliżeniu równa rezystancji obwodu. Przy rezonansie, ten ostatni silnie się zwiększa, a prąd generatora gwałtownie spada. Krzywa obecnej zmiany (rys. 1 b) odpowiada właśnie takiej sytuacji.
Stałość amplitudy napięcia w obwodzie wyjaśniono również wzorem U = I * z. W przypadku rezonansu z świetny, ale Ja - wartość jest mała, a jeśli nie ma rezonansu, to z spada, ale potem rośnie i produkt I * z pozostaje prawie taki sam.
Jak można zauważyć, z małym generatorem Ri, obwód równoległy nie ma właściwości rezonansowych w odniesieniu do napięcia: w rezonansie napięcie na obwodzie prawie nie wzrasta. Prądy IL i IC nie wzrosną znacząco. W konsekwencji, z małym generatorem Ri, obwód nie ma właściwości rezonansowych w odniesieniu do prądów w cewce i kondensatora.
W obwodach radiowych obwód równoległy jest zwykle zasilany przez generator o wysokim oporze wewnętrznym, którego rola jest wykonywana przez rurę elektronową lub urządzenie półprzewodnikowe. Jeżeli rezystancja wewnętrzna generatora jest znacznie większa niż rezystancja obwodu r, wówczas obwód równoległy uzyskuje wyraźne właściwości rezonansowe.
W tym przypadku całkowita impedancja obwodu jest w przybliżeniu równa 1 Ri i prawie niezmieniona po zmianie częstotliwości. Prąd I, pętla zasilania, jest również prawie stały w amplitudzie:
Ale potem napięcie w obwodzie U = I * z przy zmianie częstotliwości nastąpi zmiana pętli rezystancji ztj. przy rezonansie U gwałtownie wzrosnąć. W związku z tym prądy I L i I C wzrosną. Tak więc, z dużym generatorem Ri, krzywa zmiany z (Rys. 1 b) będzie również w przybliżeniu pokazywać na innych skalach zmianę napięcia w obwodzie U i aktualne zmiany Ja L i Ja C On (Rys. 2) przedstawia podobną krzywą wraz z wykresem prądu generatora, który w tym przypadku prawie się nie zmienia.
Ryc. 2 - Krzywe rezonansowe obwodu równoległego o dużej rezystancji wewnętrznej generatora
Głównym zastosowaniem rezonansu prądowego w inżynierii radiowej jest stworzenie dużej rezystancji dla prądu o określonej częstotliwości w generatorach lamp i wzmacniaczach wysokiej częstotliwości.
Prąd zmienny ( angielski prąd przemienny) - prąd elektrycznyktóra zmienia się z czasem wielkość i kierunek lub, w konkretnym przypadku, zmiany wielkości, zachowując kierunek obwód elektryczny niezmienione .
Symbol na urządzeniach elektrycznych: lub (znak ), (znak sinusoidy),
