Реактивний опір - що це?

Людина вже давно застосовує для своїх потреб електричну, хімічну, атомну енергію. Для технічного опису будь-який з них є набір понять, що дозволяють характеризувати їх суть. Наприклад, такі ознаки, як потужність, напруженість, щільність та ін., Широко застосовуються при вивченні не тільки електричної, а й інших відомих видів енергії. Одним з таких універсальних понять є широко застосовуваний в електриці термін «опір». В інших областях є його аналоги - поглинання, розсіювання, відображення і т.д. «Опір» - це, фактично, і є характеристика втрат енергетичного поля. Мета науки і техніки в тому і полягає, щоб визначити, в чому полягає причина опору.

Опір в електричних ланцюгах має двояку сутність - кажуть, активний і реактивний опір. Для провідника електричний опір є основною характеристикою і обумовлено протидією матеріалу провідника переміщенню носіїв струму. Причини цього протидії можуть бути різними, чим і пояснюється його різну назву. Опір завжди супроводжується перетворенням одного виду енергії в інші за рахунок зменшення енергії основного джерела. Для випадку електричної енергії цей перехід означає перетворення енергії джерела ерс в теплову, магнітну або електричну енергію.

Історично, першим в біографії опору було вивчення активного опору, який обумовлено перетворенням енергії джерела в нагрів провідника. Відбувається це з тієї причини, що заряди (а це електрони) під дією поля ерс джерела переміщаються по провіднику, образно кажучи, «розштовхуючи» кристали або молекули речовини. При цьому взаємні обмін-передача енергії призводять до підвищення температури провідника, тобто наявності перетворення електричної енергії в теплову. Якщо джерело ерс не міняє своєї величини U та напрямки, то струм в ланцюзі I називається постійним, а опір R такого ланцюга розраховують, виходячи із закону Ома: R = U / I.

Опір ланцюга постійного струму може бути тільки активним. Реактивний опір «дає про себе знати» тільки в ланцюгах змінного струму, які містять цілком конкретну індуктивність (котушка) або ємність (конденсатор). Строго кажучи, будь провідник має деяку індуктивність і ємність, але зазвичай вони настільки мізерно малі, що ними нехтують. Індуктивність і ємність при протіканні по ним електричних зарядів перетворять їх енергію в магнітне поле котушки або електричне поле діелектрика. Запасена таким чином енергія, при зміні знака джерела ерс, повертається назад у вигляді енергії руху зарядів, звідки й назва - «реактивний опір».

Індуктивність в колі змінного струму «чинить опір» протікаючому струму через явище самоіндукції: зміна струму, породжене зміною ерс джерела, призводить до зміни електромагнітного поля так, що воно намагається підтримувати струм у ланцюзі за рахунок запасеної енергії магнітного поля. Міра запасеної енергії є мірою індуктивності ланцюга L, яка залежить від частоти f змінного струму. Реактивний опір котушки індуктивності визначають за такою формулою:

XL = 2 * pi- * f * L.

Конденсатор в колі змінного струму накопичує енергію електричного поля шляхом заряду діелектрика. При зміні величини та / або направлення ерс джерела напруга на обкладинках конденсатора підтримується спадаючим струмом, причому тим довше, чим більше ємність С конденсатора.

Реактивне опір конденсатора, також частотнозавісімой, обчислюється за формулою:

Xc = 1 / (2 * pi- * f * С).

З цього виразу видно, що із зростанням частоти та / або ємності опір зменшується. Таким чином, для кола змінного струму, де є резистор, котушка індуктивності і конденсатор, необхідно визначати якесь сумарне активне і реактивне опір. У загальному випадку, формула для розрахунку повного опору має «піфагоровскій присмак»:

Zv2 = Rv2 + (XL + Xc) v2

* Примітка: знак «v» слід читати «Z в квадраті» і т.д.

І остаточно формула повного опору виглядає наступним чином:

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