يرتبط التيار الكهربائي في الموصلات بشكل مستمر بالمجالات المغناطيسية والكهربائية. تسمى العناصر التي تميز تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى حرارة بالمقاومات النشطة (يشار إليها بـ R). الممثلون النموذجيون للمقاومات النشطة هم المقاومات والمصابيح المتوهجة والأفران الكهربائية وما إلى ذلك.

مفاعلة حثي. صيغة التفاعل الحثي.

تسمى العناصر المرتبطة بوجود مجال مغناطيسي فقط بالمحاثة. الملفات واللفات وغيرها لها محاثة. صيغة التفاعل الاستقرائي:

حيث L هو الحث.

السعة. صيغة السعة.

تسمى العناصر المرتبطة بوجود مجال كهربائي بالسعة. المكثفات وخطوط الكهرباء الطويلة وما إلى ذلك لها سعة. صيغة السعة:

حيث C هي السعة.

المقاومة الكاملة. صيغ المقاومة الكلية

قد يكون للمستهلكين الحقيقيين للطاقة الكهربائية أيضًا قيمة معقدة للمقاومة. في ظل وجود مقاومات R النشطة وL الحثية، يتم حساب قيمة المقاومة الإجمالية Z باستخدام الصيغة:

وبالمثل، يتم حساب المقاومة الإجمالية Z لدائرة R النشطة والمقاومة السعوية C:

يتمتع المستهلكون ذوو R النشط و L الاستقرائي والمقاومة السعوية C بمقاومة إجمالية:

مسؤل

في هذه المقالة سوف نتحدث عن معلمات مثل النشطة والمفاعلة.

المقاومة النشطة

وسنبدأ المقال ليس بردة الفعل، بشكل غريب، ولكن بعنصر راديو بسيط ومحبوب - والذي، كما يقولون، لديه المقاومة النشطة.ويطلق عليه أحيانا أيضا أومي. وكما يخبرنا قاموس الويكي، "النشط هو النشط والحيوي والمبادر." الناشط مستعد دائمًا للتمزيق والرمي، حتى في الليل. إنه مستعد لتقديم كل ما لديه بالكامل وبذل كل طاقته من أجل خير المجتمع.

ويمكن قول الشيء نفسه عن الأحمال الأخرى التي لها مقاومة نشطة. يمكن أن تكون هذه عناصر تسخين مختلفة، مثل عناصر التسخين، وكذلك المصابيح المتوهجة.

كيفية عرض التيار في الدائرة باستخدام راسم الذبذبات

كيف يختلف المقاوم عن مغو ومكثف؟ ومن الواضح أن الوظائف تؤديها، ولكن هذا لا يقتصر على هذا. لذلك دعونا نلقي نظرة على أبسط دائرة في جميع الإلكترونيات:

في الرسم البياني نرى مولد التردد والمقاوم.

دعونا نرى بصريا ما يحدث في هذه الدائرة. لهذا، كما قلت بالفعل، نحن بحاجة

و :

مع ذلك سوف ننظر إلى الجهد والتيار.

ماذا؟

القوة الحالية؟

ولكن تم تصميم راسم الذبذبات للنظر في شكل موجة الجهد؟ كيف سننظر إلى الموجي الحالي؟ وكل شيء تبين أنه بسيط). للقيام بذلك، فقط تذكر قاعدة التحويلة.

ولمن لا يتذكر سأذكركم. لدينا مقاومة عادية:

ماذا سيحدث لو مرر تيار كهربائي من خلاله؟

في نهايات المقاوم سيكون لدينا انخفاض في الجهد. وهذا هو، إذا قمت بقياس الجهد عند نهاياته باستخدام مقياس متعدد، فسيظهر المتر المتعدد بعض القيمة بالفولت

والآن السؤال الرئيسي: ما الذي يحدد انخفاض الجهد عبر المقاوم؟ يدخل قانون أوم حيز التنفيذ مرة أخرى بالنسبة لقسم من الدائرة: أنا = ش / ر. من هنا U = الأشعة تحت الحمراء. نرى الاعتماد على قيمة المقاوم نفسه وعلى التيار المتدفق في الدائرة في الوقت الحالي. هل تسمع؟ من قوة التيار! فلماذا لا نستفيد من هذه الخاصية الرائعة وننظر إلى قوة التيار من خلال انخفاض الجهد عبر المقاومة نفسها؟ بعد كل شيء، قيمة المقاوم لدينا ثابتة ولا تتغير تقريبًا مع التغيرات في القوة الحالية؛-)

في هذه التجربة، لا نحتاج إلى معرفة شدة التيار في الدائرة. سننظر ببساطة إلى ما تعتمد عليه القوة الحالية وهل تتغير على الإطلاق؟

ولذلك فإن مخططنا سوف يأخذ الشكل التالي:

في هذه الحالة، ستكون التحويلة عبارة عن مقاوم بمقاومة قدرها 0.5 أوم. لماذا بالضبط 0.5 أوم؟ نعم، لأنه لن يسخن كثيرا، لأنه يتمتع بمقاومة منخفضة، وتصنيفه يكفي تماما لتخفيف الجهد منه.

يبقى إزالة الجهد من المولد، وكذلك من التحويلة باستخدام الذبذبات. إذا لم تكن قد نسيت، فإننا نأخذ مخطط ذبذبات للقوة الحالية في الدائرة من التحويلة. مخطط الذبذبات الأحمر هو الجهد من المولد يو الجين، والذبذبات الصفراء هي الجهد من التحويلة يو ث، في حالتنا، القوة الحالية. دعونا نرى ما حصلنا عليه:

التردد 28 هرتز:

التردد 285 هرتز:

التردد 30 كيلوهيرتز:

كما ترون، مع زيادة التردد، تظل قوة التيار كما هي.

دعونا نحظى ببعض المرح مع شكل الموجة:

كما نرى، فإن قوة التيار تتبع تمامًا شكل إشارة الجهد.

إذن، ما هي الاستنتاجات التي يمكننا استخلاصها؟

1) التيار خلال المقاومة النشطة (الأومية) له نفس شكل الجهد.

2) تكون قوة التيار والجهد عبر المقاومة النشطة في الطور، أي حيث يذهب الجهد، وكذلك التيار. إنهم يتحركون في مرحلة، أي في وقت واحد.

3) مع زيادة التردد، لا يتغير شيء (إلا عند ترددات عالية جدًا).

مكثف في دائرة التيار المتردد

حسنًا، لنضع الآن مكثفًا بدلًا من المقاومة.

دعونا نلقي نظرة على الذبذبات:

كما ترون، فإن المكثف لديه مقاومة لأن التيار في الدائرة انخفض بشكل ملحوظ. لكن لاحظ أنه كان هناك تحول في مخطط الذبذبات الأصفر، أي مخطط الذبذبات الحالي.

دعونا نتذكر الجبر في المدرسة الثانوية. وبالتالي فإن الفترة الإجمالية T هي 2 ص

الآن دعونا نقدر التحول الطوري الذي حصلنا عليه على الرسم البياني:

في مكان ما حول ص/2أو 90 درجة.

لماذا حصل هذا؟ الخاصية الفيزيائية للمكثف هي المسؤولة. في الأجزاء الأولى من الثواني، يتصرف المكثف كموصل بمقاومة منخفضة جدًا، وبالتالي فإن القوة الحالية في هذه اللحظة ستكون الحد الأقصى. يمكنك التحقق من ذلك بسهولة إذا قمت بتطبيق الجهد بشكل حاد على المكثف وفي اللحظة الأولى من الوقت شاهد ما يحدث للقوة الحالية

شكل الموجة الحمراء هو الجهد الذي نطبقه على المكثف، وشكل الموجة الصفراء هو التيار في دائرة المكثف. أثناء شحن المكثف، ينخفض ​​التيار ويصل إلى الصفر عند شحن المكثف بالكامل.

ما الذي ستؤدي إليه الزيادة الإضافية في التردد؟ دعونا نلقي نظرة:

50 هرتز.

100 هرتز

200 هرتز

كما ترون، مع زيادة التردد، يزداد التيار في الدائرة مع المكثف.

مفاعلة مكثف

وكما رأينا من التجارب السابقة، كلما زاد التردد، زاد التيار! بالمناسبة، المقاوم لم ينمو. أي أنه في هذه الحالة يتبين من قانون أوم أن مقاومة المكثف تعتمد على التردد! نعم، هذا كل شيء صحيح. لكنها لا تسمى مقاومة فقط، بل مفاعلةويتم حسابها بواسطة الصيغة:

أين

X ج - مفاعلة المكثف، أوم

F — التردد، هرتز

C هي سعة المكثف فاراد

مغو في دائرة التيار المتردد

حسنًا، لنأخذ الآن ملفًا حثيًا بدلًا من المكثف:

نقوم بتنفيذ جميع العمليات نفسها كما هو الحال مع المكثف. نحن ننظر إلى الذبذبات في الدائرة مع مغو:

إذا كنت تتذكر، فقد حصلنا على مخطط الذبذبات هذا في دائرة بها مكثف:

هل ترى الفرق؟ التيار في المغو يتخلف عن الجهد بمقدار 90 درجة ، ف/2،أو كما يقولون أيضًا لربع المدة (فترة حياتنا بأكملها). 2 صأو 360 درجة).

هكذا هكذا…. دعونا نجمع أفكارنا. أي أنه في دائرة ذات تيار جيبي متناوب، فإن التيار الموجود على المكثف يقود الجهد بمقدار 90 درجة، وعلى المحث يتخلف التيار عن الجهد بمقدار 90 درجة؟ نعم هذا صحيح.

لماذا يتأخر التيار في الملف عن الجهد؟

لن نتعمق في العمليات والصيغ الفيزيائية المختلفة، بل سنعتبر ببساطة أنه من المسلم به أن قوة التيار لا يمكن أن تزيد بشكل حاد عبر ملف الحث. للقيام بذلك، دعونا نجري تجربة بسيطة. تمامًا مثل المكثف، سنطبق الجهد بشكل حاد على المحرِّض ونرى ما يحدث للتيار.

كما ترون، عندما يتم تطبيق الجهد فجأة على الملف، فإن التيار لا يميل إلى الزيادة بشكل حاد، بل يزداد تدريجياً، بشكل أكثر دقة، بشكل كبير.

دعونا نتذكر كيف كان الأمر مع المكثف:

كل شيء هو عكس ذلك تماما! يمكنك حتى القول أن الملف هو عكس المكثف تمامًا؛-)

وأخيرًا، دعونا نستمتع بالتردد:

240 كيلوهرتز

34 كيلو هرتز

17 كيلوهرتز

10 كيلو هرتز

خاتمة؟

ومع انخفاض التردد، يزداد التيار المار عبر الملف.

مفاعلة مغو

من التجربة أعلاه يمكننا أن نستنتج أن مقاومة الملف تعتمد على التردد ويتم حسابها بالصيغة

أين

XL - مقاومة الملف، أوم

P ثابت ويساوي حوالي 3.14

F — التردد، هرتز

لام - الحث

أين

X L - مفاعلة الملف، أوم

P ثابت ويساوي تقريبًا 3.14

F — التردد، هرتز

L - الحث، هنري

لماذا لا يحترق اللف الأساسي للمحول؟

حسنًا ، السؤال الرئيسي الذي يُطرح غالبًا في PM: "لماذا عندما أقوم بقياس اللف الأولي للمحول ، أحصل على 10 أوم أو أكثر اعتمادًا على المحول. يوجد بشكل عام عدد من الأوم في آلات لحام المحولات! بعد كل شيء، فإن اللف الأساسي للمحول يتمسك بـ 220 فولت! لماذا لا يحترق الملف، لأن مقاومة الملف لا تتجاوز عشرات أو مئات الأوم، وهذا يمكن أن يحدث!

لكن في الواقع، الطاقة تساوي الجهد مضروبًا في التيار ف = وحدة دولية. وهذا هو، بعد بضع ثوان، يجب أن يبقى الفحم من اللف الأولي للمحول.

الشيء هو أن اللفات المقترنة للمحول هي مغو مع نوع من الحث. اتضح أنه سيتم التعبير عن مقاومة اللف الحقيقية من خلال الصيغة

ضع هنا المحاثة، والتي هي في المحولات من وحدة هنري وسنحصل على ما يقرب من 300 أوم أو أكثر. ولكن لا تزال هذه الزهور والتوت قادمة ؛-)

لتوضيح هذه الظاهرة بشكل أكبر، نحتاج إلى مخطط الذبذبات الخاص بنا من المحرِّض:

لذلك، دعونا نختار فترة واحدة عليها ونقسمها إلى 4 أجزاء، أي 90 درجة لكل منها أو ص/2.

القدرة في دائرة ذات عناصر راديوية تفاعلية

لنبدأ بمفهوم القوة. إذا لم تكن قد نسيت، فإن الطاقة هي التيار مضروبًا في الجهد، أي ف = وحدة دولية. لذلك، في الربع الأول من الفترة t1يأخذ الجهد لدينا قيمًا موجبة والتيار موجب أيضًا. زائد على زائد يعطي زائد. خلال فترة الربع هذه، تتدفق الطاقة من المصدر إلى المفاعلة.

الآن دعونا نلقي نظرة على فترة من الزمن t2. هنا التيار له علامة زائد والجهد له علامة ناقص. ونتيجة لذلك، زائد وناقص يساوي ناقص. والنتيجة هي القوة بعلامة الطرح. لكن هل يحدث ذلك حقاً؟ كيف يحدث ذلك! خلال هذه الفترة الزمنية، يطلق العنصر الراديوي التفاعلي الطاقة المخزنة مرة أخرى إلى مصدر الجهد. للحصول على فهم أفضل، دعونا نلقي نظرة على مثال يومي بسيط.

لنتخيل حدادًا في العمل:

لا أعرف كيف كانت طفولتك، لكن عندما كنت سالابون، أخذت الرصاص من البطاريات وقمت بتسويته وتحويله إلى صفائح معدنية. فما رأيك؟ كان الرصاص يسخن. لم يكن محترقًا حقًا، لكنه كان دافئًا عند اللمس. وهذا هو، تم تحويل طاقة التأثير الخاصة بي إلى حرارة، حتى يمكن القول، إلى طاقة مفيدة.

ماذا لو أخذت زنبركًا من دعامات VAZ وضربته؟

لن يحدث شيء في الربيع! انها ليست الرصاص. لكن... لاحظ هذا الشيء: بمجرد أن نبدأ في "تسوية" الزنبرك بمطرقة ثقيلة، فإنه يبدأ في الضغط. وهكذا ضغطت على طول الطريق و... انطلقت نحو الأعلى، حاملة معها مطرقة ثقيلة كانت قد حاولت للتو تسطيحها. أي أنه في هذه الحالة عادت الطاقة إلى مصدر الطاقة، أي إلى الحداد. بدا وكأنه كان يحاول تسوية الزنبرك، لكن الزنبرك أعاد الطاقة مرة أخرى عن طريق تخفيف الضغط. وهذا يعني أن الحداد لم يعد بحاجة إلى رفع المطرقة الثقيلة، لأن الزنبرك قد فعل ذلك بالفعل من أجله.

إن تخفيف ضغط الزنبرك وعودة الطاقة من خلاله هو قوة سلبية. في هذه الحالة، يتم إرجاع الطاقة إلى المصدر. سواء كان هذا جيدًا أم سيئًا، فهذه قصة أخرى لمقال كامل.

في الفترة الثالثة t3كل من التيار والجهد لهما علامة ناقص. ناقص لناقص هو زائد. أي أن العنصر التفاعلي يمتص الطاقة مرة أخرى، ولكن t4، يعطيها بعيدا مرة أخرى، لأن زائد وناقص يعطي ناقص.

ونتيجة لذلك، خلال الفترة بأكملها، إجمالي استهلاكنا للطاقة يساوي ماذا؟

هذا صحيح، صفر!

إذن ماذا سيصبح بعد ذلك؟ هل لن يتم إطلاق طاقة من الملف والمكثف؟ اتضح مثل هذا. لذلك، في الدوائر، غالبا ما تكون باردة، على الرغم من أنها يمكن أن تكون دافئة قليلا، لأن المعلمات الحقيقية للملف والمكثف تبدو مختلفة تماما.

تبدو الدائرة المكافئة للمحرِّض الحقيقي كما يلي:

أين

R L هي مقاومة الخسارة. قد يكون هذا خسائر في الأسلاك، لأن أي سلك لديه مقاومة. يمكن أن تكون هذه خسائر عازلة وخسائر أساسية وخسائر تيارات إيدي. كما ترون، نظرًا لوجود مقاومة، فهذا يعني أنه يمكن إطلاق الطاقة، أي الحرارة.

L هو الحث الفعلي للملف

ج - السعة البينية.

وهنا الدائرة المكافئة للمكثف الحقيقي:

أين

r هي مقاومة العازل والغطاء بين الألواح

C هي السعة الفعلية للمكثف

ESR - مقاومة متسلسلة مكافئة

ESI (ESL) - محاثة متسلسلة مكافئة

نرى هنا أيضًا معلمات مثل r وESR، والتي ستظهر بشكل أفضل عند الترددات العالية بسبب تأثير الجلد. حسنا، وبناء على ذلك، سيتم إطلاق الطاقة لهم، الأمر الذي سيؤدي إلى تسخين صغير غير ملحوظ.

ملخص

المقاومة لديها مقاومة نشطة (أومية). مغو ومكثف لديهم مفاعلة.

في دائرة التيار المتردد، يتقدم التيار في المكثف على الجهد بمقدار 90 درجة، والتيار في الملف يتخلف عن الجهد بمقدار 90 درجة.

يتم حساب مقاومة الملف باستخدام الصيغة

يتم حساب مقاومة المكثف باستخدام الصيغة:

في دائرة التيار المتردد، لا يتم تحرير أي طاقة عبر المفاعلة المثالية.

مفاعلة- المقاومة الكهربائية للتيار المتردد، الناجمة عن نقل الطاقة عن طريق المجال المغناطيسي في المحاثات أو المجال الكهربائي في المكثفات.

تسمى العناصر التي لها مفاعلة متفاعلة.

مفاعلة مغو.

عندما يتدفق التيار المتردد أنافي الملف، يقوم المجال المغناطيسي بإنشاء EMF في دوراته، مما يمنع التيار من التغير.
عندما يزيد التيار يكون المجال الكهرومغناطيسي سالباً ويمنع التيار من الزيادة وعندما ينخفض ​​يكون موجباً ويمنع انخفاضه، وبالتالي يقاوم تغير التيار طوال الفترة.

نتيجة للتفاعل المضاد الذي تم إنشاؤه، يتم تشكيل الجهد عند أطراف المحث في الطور المضاد ش، قمع المجالات الكهرومغناطيسية المساوية له في السعة والعكس في الإشارة.

عندما يمر التيار عبر الصفر، تصل سعة المجال الكهرومغناطيسي إلى قيمته القصوى، مما يشكل تناقضًا في الوقت بين التيار والجهد بمقدار 1/4 من الفترة.

إذا قمت بتطبيق الجهد على أطراف المحث ش، لا يمكن أن يبدأ التيار على الفور بسبب أن القوة الدافعة الكهربية المضادة تساوي -Uولذلك، فإن التيار في الحث سوف يتخلف دائمًا عن الجهد بزاوية 90 درجة. يسمى التحول في التيار المتأخر إيجابيا.

دعونا نكتب التعبير عن قيمة الجهد اللحظي شعلى أساس EMF ( ε ) ، وهو ما يتناسب مع الحث لومعدل تغير التيار: ش = -ε = L(دي/دت).
من هنا نعبر عن التيار الجيبي.

جزء لا يتجزأ من وظيفة الخطيئة (ر)سوف -يكلف)أو دالة مساوية الخطيئة (ر-π/2).
التفاضلي dtالمهام الخطيئة (ωt)سيترك علامة التكامل بعامل 1 /ω .
ونتيجة لذلك، نحصل على التعبير عن القيمة الحالية لحظية مع التحول من وظيفة الإجهاد بزاوية π/2(90 درجة).
لقيم RMS شو أنافي هذه الحالة يمكننا أن نكتب .

ونتيجة لذلك، لدينا اعتماد التيار الجيبي على الجهد وفقا لقانون أوم، حيث في المقام بدلا من رتعبير ωL، وهو المفاعلة:

تسمى مفاعلة الحث حثي.

مفاعلة مكثف.

التيار الكهربائي في المكثف هو جزء أو مجموعة من عمليات شحنه وتفريغه - تراكم وإطلاق الطاقة بواسطة المجال الكهربائي بين لوحاته.

في دائرة التيار المتردد، سيتم شحن المكثف إلى قيمة قصوى معينة حتى يعكس التيار اتجاهه. وبالتالي، في لحظات قيمة سعة الجهد على المكثف، فإن التيار الموجود فيه سيكون مساوياً للصفر. وبالتالي، فإن الجهد عبر المكثف والتيار سيكون له دائمًا فارق زمني قدره ربع دورة.

ونتيجة لذلك، فإن التيار في الدائرة سيكون محدودًا بانخفاض الجهد عبر المكثف، مما يخلق مفاعلة تيار متردد تتناسب عكسيًا مع معدل تغير التيار (التردد) وسعة المكثف.

إذا قمت بتطبيق الجهد على مكثف ش، سيبدأ التيار على الفور من القيمة القصوى، ثم ينخفض ​​إلى الصفر. في هذا الوقت، سيزداد الجهد عند أطرافه من الصفر إلى الحد الأقصى. ونتيجة لذلك، فإن الجهد على لوحات المكثف يتخلف عن التيار في الطور بزاوية 90 درجة. ويسمى هذا التحول المرحلة سلبية.

التيار في المكثف هو دالة مشتقة لشحنته أنا = dQ/dt = C(دو/dt).
مشتق من الخطيئة (ر)سوف يكلف)أو وظيفة متساوية خطيئة(ر+ط/2).
ثم للجهد الجيبي ش = U أمبير الخطيئة (ωt)لنكتب التعبير عن القيمة الحالية اللحظية على النحو التالي:

أنا = U أمبير ωCsin(ωt+π/2).

ومن هنا نعبر عن نسبة قيم الجذر المتوسط ​​إلى التربيع .

قانون أوم ينص على أن 1 /ωCليس أكثر من مفاعلة للتيار الجيبي:

غالبًا ما تسمى مفاعلة المكثف في الأدبيات التقنية بالسعة. ويمكن استخدامه، على سبيل المثال، في تنظيم المقسمات السعوية في دوائر التيار المتردد.

حاسبة المفاعلة على الإنترنت

تحتاج إلى إدخال القيم والنقر في الجدول.
عند تبديل المضاعفات، تتم إعادة حساب النتيجة تلقائيًا.

مفاعلة السعة X C = 1 /(2πƒC)

إذا قمت بتضمين مكثف في دائرة التيار المستمر (مثالي - بدون خسائر)، فسوف يتدفق تيار الشحن عبر الدائرة لفترة قصيرة بعد تشغيله. بعد شحن المكثف بجهد يتوافق مع جهد المصدر، سيتوقف التيار قصير المدى في الدائرة. ولذلك، بالنسبة للتيار المباشر، يمثل المكثف دائرة مفتوحة أو مقاومة كبيرة بلا حدود.

إذا تم توصيل مكثف بدائرة تيار متردد، فسيتم شحنه بالتناوب في اتجاه واحد ثم في الاتجاه الآخر.

في هذه الحالة، سوف يمر التيار المتردد عبر الدائرة. دعونا نفكر في هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل.

في لحظة التشغيل، يكون الجهد عبر المكثف صفرًا. إذا قمت بتوصيل المكثف بجهد التيار الكهربائي المتناوب، فخلال الربع الأول من الفترة، عندما يزيد جهد التيار الكهربائي (الشكل 1)، سيتم شحن المكثف.

الشكل 1. الرسوم البيانية والمخطط المرحلي لدائرة التيار المتردد التي تحتوي على سعة

مع تراكم الشحنات على ألواح المكثف، يزداد جهد المكثف. عندما يصل جهد الشبكة إلى الحد الأقصى بنهاية الربع الأول من الفترة، تتوقف شحنات المكثف ويصبح التيار في الدائرة صفراً.

يمكن تحديد التيار في دائرة المكثف بالصيغة:

أين س- كمية الكهرباء المتدفقة عبر الدائرة.

ومن المعروف من الكهرباء الساكنة:

س = ج × ش ج = ج × ش ,

أين ج- سعة المكثف. ش- أنابيب الجهد؛ ش ج- الجهد على لوحات المكثفات.

أخيرًا، بالنسبة للتيار لدينا:

من التعبير الأخير يتضح أنه عندما يكون الحد الأقصى (الموضع أ, الخامس, د), أناالحد الأقصى أيضا. متى (أحكام ب, زفي الشكل 1)، ثم أناهو أيضا صفر.

في الربع الثاني من الفترة، سينخفض ​​جهد الشبكة وسيبدأ المكثف في التفريغ. التيار في الدائرة يعكس اتجاهه. وفي النصف التالي من الفترة، يتغير اتجاه جهد الشبكة ويتم إعادة شحن المكثف ثم تفريغه مرة أخرى. من الشكل 1 يمكن ملاحظة أن التيار في الدائرة مع تغيرات السعة هو 90 درجة قبل الجهد على لوحات المكثف في الطور.

بمقارنة المخططات المتجهة للدوائر ذات الحث والسعة، نرى أن الحث والسعة لهما التأثير المعاكس تمامًا على طور التيار.

وبما أننا لاحظنا أعلاه أن معدل تغير التيار يتناسب مع التردد الزاوي ω، من الصيغة

بالمثل نحصل على أن معدل تغير الجهد يتناسب أيضًا مع التردد الزاوي ω وللقيمة الفعالة للتيار لدينا

أنا= 2 × ط × F × ج × ش .

تعيين ، أين س جمُسَمًّى السعة، أو مفاعلة السعة. لذلك حصلنا على صيغة السعة عند تشغيل السعة في دائرة التيار المتردد. من هنا، واستناداً إلى عبارة قانون أوم، يمكننا الحصول على التيار لدائرة تيار متردد تحتوي على سعة:

الجهد على لوحات المكثفات

يو سي = أنا ج × س ج .

يسمى ذلك الجزء من جهد الشبكة الموجود على المكثف انخفاض الجهد بالسعة، أو مكون الجهد التفاعلي، ويشار إليه يو سي.

السعة س ج، نفس المفاعلة الحثية س ل، يعتمد على تردد التيار المتردد.

ولكن إذا زادت المفاعلة الحثية مع زيادة التردد، فإن المفاعلة السعوية، على العكس من ذلك، ستنخفض.

مثال 1.حدد المفاعلة السعوية لمكثف سعته 5 μF عند ترددات جهد مختلفة. سنقوم بحساب السعة عند تردد 50 و 40 هرتز:

على تردد 50 هرتز:

على تردد 400 هرتز:

دعونا نطبق صيغة الطاقة المتوسطة أو النشطة للدائرة المعنية:

ص = ش × أنا×كوس φ .

نظرًا لأنه في دائرة ذات سعة، فإن التيار يقود الجهد بمقدار 90 درجة، إذن

φ = 90 درجة؛ كوس φ = 0 .

لذلك، فإن الطاقة النشطة هي أيضًا صفر، أي في مثل هذه الدائرة، كما هو الحال في دائرة ذات محاثة، لا يوجد استهلاك للطاقة.

يوضح الشكل 2 منحنى القدرة اللحظية في دائرة ذات سعة. يتبين من الرسم أنه في الربع الأول من الفترة، تستهلك الدائرة ذات المكثف الطاقة من الشبكة، والتي يتم تخزينها في المجال الكهربائي للمكثف.

الشكل 2. منحنى الطاقة اللحظية في دائرة ذات سعة

يمكن تحديد الطاقة المخزنة بواسطة المكثف في الوقت الذي يمر فيه الجهد عبر الحد الأقصى بواسطة الصيغة:

وفي الربع التالي من الفترة، يتم تفريغ المكثف إلى الشبكة، مما يمنحه الطاقة المخزنة فيه مسبقًا.

خلال النصف الثاني من الفترة تتكرر ظاهرة تقلبات الطاقة. وهكذا، في دائرة بها مكثف، يتم تبادل الطاقة فقط بين الشبكة والمكثف دون خسائر.

تظهر التجربة أنه إذا قمت بتوصيل مكثف على التوالي بمصباح كهربائي وتوصيلهما بمولد جهد ثابت، فإن المصباح الكهربائي لا يضيء. وهذا أمر مفهوم، حيث يتم فصل لوحات المكثف بواسطة عازل، والدائرة مفتوحة. عندما يتم توصيل مكثف بمصدر تيار مستمر، تحدث نبضة تيار قصيرة المدى، والتي ستشحن المكثف إلى جهد المصدر، ثم يتوقف التيار. لكن إذا كانت هذه الدائرة متصلة بمصدر جهد متناوب، يضيء المصباح الكهربائي. التيار المتردد هو تذبذبات كهرومغناطيسية قسرية تحدث تحت تأثير المجال الكهرومغناطيسي المتناوب للمولد. عند توصيل مكثف بدائرة تيار متردد، تستغرق عملية شحنه ربع فترة. بعد الوصول إلى قيمة السعة، ينخفض ​​الجهد بين لوحات المكثف، ويتم تفريغ المكثف خلال ربع الفترة. في الربع التالي من الفترة، يتم شحن المكثف مرة أخرى، ولكن إشارة الشحن على لوحاته تتغير إلى العكس، وما إلى ذلك. لا تمر الشحنات الكهربائية عبر العازل الذي يفصل بين ألواح المكثف، كما هو الحال في دائرة التيار المباشر. ولكن من خلال الأسلاك التي تربط لوحات المكثف بمصدر الجهد، يتدفق التيار المتردد لتفريغ وشحن المكثف. ولذلك، فإن المصباح الكهربائي المتصل على التوالي مع مكثف سوف يحترق بشكل مستمر. إذا قمت الآن بفصل المكثف، فإن المصباح الكهربائي يضيء بشكل أكثر سطوعًا. ولذلك فإن المكثف يوفر مقاومة للتيار المتردد، وهو ما يسمى السعة.

لنفكر في دائرة (الشكل 1) تتكون من مكثف وأسلاك رصاص، مقاومتها ضئيلة، ومولد جهد متردد.

دع الجهد على المكثف يتغير وفقًا للقانون \(~U = U_0\sin wt.\) كما هو معروف، يمكن تحديد الشحنة على ألواح المكثف من خلال الصيغة \(~q = CU = CU_0\ الخطيئة بالوزن.\) القوة الحالية \(~I = q".\) لذلك،

\(~I = -wCU_0\cos wt = wCU_0\sin(wt+\frac (\pi)2).\)

وبالتالي \(~I=I_0\sin (wt +\frac (\pi)2),\)

حيث \(~I_0=wCU_o\) هي قيمة سعة التيار:

\(~I_0=\frac (U_0)(\frac 1(wC)); I_0 =\frac (U_0)(X_C)،\)

حيث \(~X_C = \frac 1(wC).\)

بالتعبير عن قيم السعة من حيث الفعالية \(~I_0 = \sqrt2 I \) و \(~U_0 = \sqrt2 U,\) نحصل على \(~I= \frac U(X_C), \) أي ترتبط القيمة الفعالة للتيار بالقيمة الفعالة للجهد على المكثف بنفس الطريقة التي يرتبط بها التيار والجهد في قسم دائرة التيار المستمر وفقًا لقانون أوم. هذا يسمح لنا بالنظر في القيمة Xج كمقاومة المكثف للتيار المتردد:

\(~X_C = \frac 1(wC)\) - السعة.

وحدة SI للسعة هي أوم (Ω).

كما يتبين من الصيغة التي تم الحصول عليها أعلاه، إذا تم تضمين المفاعلة السعوية فقط في الدائرة، فإن تقلبات التيار في هذه الدائرة تكون متقدمة في طور تقلبات الجهد على المكثف بمقدار \(~\frac (\pi)2,\) والتي يظهر في الرسم البياني وفي الرسم التخطيطي المتجه (الشكل 2).

قوة لحظية

\(~P=IU = I_0\sin (wt +\frac (\pi)2)U_0\sin wt = I_0U_0\sin wt \cos wt =\frac (I_0U_0)2 \sin 2wt,\)

أولئك. تتغير القدرة بشكل دوري مع التردد المزدوج، ومتوسط ​​قيمة القدرة - للفترة \(\mathcal h P \mathcal i =0.\) منذ \(~\mathcal h \sin 2wt \mathcal i = 0.\) الربع الأول والثالث من الفترة التي يتم فيها شحن المكثف، يتلقى الطاقة من المولد، والربع الثاني والرابع من الفترة، عندما يتم تفريغ المكثف، يعطي الطاقة للمولد.

وبالتالي، تمامًا مثل المقاومة النشطة، فإن المفاعلة السعوية تحد من التيار في الدائرة، ولكن على عكس المقاومة النشطة، لا تحول المفاعلة السعوية الطاقة الكهربائية بشكل لا رجعة فيه إلى أشكال أخرى من الطاقة.

الأدب

Aksenovich L. A. الفيزياء في المدرسة الثانوية: النظرية. مهام. الاختبارات: كتاب مدرسي. بدل للمؤسسات التي تقدم التعليم العام. البيئة والتعليم / L. A. Aksenovich، N. N. Rakina، K. S. Farino؛ إد. ك.س فارينو. - مليون: Adukatsiya i vyakhavanne، 2004. - ص 402-404.