Wisselstroom. Actief verzet

Onderwerpen van de Unified State Examination-codifier: wisselstroom, geforceerd elektromagnetische trillingen.

Wisselstroom- dit zijn geforceerde elektromagnetische trillingen die in een elektrisch circuit worden veroorzaakt door een bron van wisselspanning (meestal sinusoïdale spanning).

Wisselstroom is overal aanwezig. Het stroomt door de draden van onze appartementen, in industriële elektrische netwerken en in hoogspanningsleidingen. En als je dat nodig hebt DC Om de batterij van je telefoon of laptop op te laden, gebruik je een speciale adapter die de wisselstroom uit het stopcontact gelijkricht.

Waarom is wisselstroom zo wijdverspreid? Het blijkt gemakkelijk te verkrijgen en bij uitstek geschikt om elektriciteit naartoe te transporteren lange afstanden. We zullen hier meer in detail over praten in de folder gewijd aan de productie, transmissie en consumptie van elektrische energie.

Nu zullen we naar de eenvoudigste ketens kijken wisselstroom. Wij verbinden ons met de bron AC-spanning afwisselend: een weerstand, een condensator en een inductor. Nadat we het gedrag van deze elementen hebben bestudeerd, zullen we in het volgende blad “Wisselstroom. 2" laten we ze tegelijkertijd aansluiten en de doorgang van wisselstroom door een oscillerend circuit met weerstand onderzoeken.

De spanning op de bronterminals varieert afhankelijk van de wet:

(1)

Zoals u kunt zien, kan de spanning positief en negatief zijn. Wat is de betekenis van het spanningsteken?

Er wordt altijd aangenomen dat de positieve richting van de circuitdoorgang is geselecteerd. Spanning wordt als positief beschouwd als het elektrische veld van de ladingen die de stroom vormen zich in een positieve richting bevindt. Anders wordt de spanning als negatief beschouwd.

De initiële spanningsfase speelt geen enkele rol, omdat we rekening houden met processen die in de loop van de tijd tot stand komen. Indien gewenst zou men in plaats van de sinus in uitdrukking (1) de cosinus kunnen nemen - dit zou fundamenteel niets veranderen.

De huidige spanningswaarde per keer wordt opgeroepen momentane spanningswaarde.

Quasi-stationaire toestand

Bij wisselstroom doet zich één subtiel punt voor. Laten we aannemen dat het circuit uit verschillende in serie geschakelde elementen bestaat.

Als de bronspanning verandert volgens een sinusoïdale wet, heeft de stroomsterkte geen tijd om onmiddellijk dezelfde waarde aan te nemen in het hele circuit - het kost enige tijd om interacties tussen geladen deeltjes langs het circuit over te dragen.

Ondertussen willen we, net als in het geval van gelijkstroom, ervan uitgaan dat de stroomsterkte in alle elementen van het circuit hetzelfde is. Gelukkig hebben wij in veel praktisch belangrijke gevallen ook daadwerkelijk het recht om dit te doen.

Laten we bijvoorbeeld de wisselspanningsfrequentie Hz nemen (dit is de industriële standaard in Rusland en veel andere landen). Spanningsfluctuatieperiode: s.

De interactie tussen ladingen vindt plaats met de snelheid van het licht: m/s. In een tijd gelijk aan de oscillatieperiode zal deze interactie zich over een afstand verspreiden:

M km.

Daarom is de kettinglengte enkele ordes van grootte kleiner gegeven afstand, kunnen we de voortplantingstijd van de interactie verwaarlozen en aannemen dat de stroomsterkte onmiddellijk door het hele circuit dezelfde waarde aanneemt.

Laten we nu eens overwegen algemeen geval wanneer de spanning oscilleert met een cyclische frequentie. De oscillatieperiode is gelijk en gedurende deze tijd wordt de interactie tussen ladingen over een afstand overgedragen. Laat de lengte van de ketting zijn. We kunnen de voortplantingstijd van de interactie verwaarlozen als deze veel korter is:

(2)

Ongelijkheid (2) wordt genoemd voorwaarde van quasi-stationariteit. Wanneer aan deze voorwaarde is voldaan, kunnen we aannemen dat de stroomsterkte in het circuit onmiddellijk door het hele circuit dezelfde waarde aanneemt. Deze stroom wordt genoemd quasi-stationair.

In wat volgt gaan we ervan uit dat de wisselstroom langzaam genoeg verandert om als quasi-stationair te kunnen worden beschouwd. Daarom zal de stroomsterkte in alle in serie geschakelde circuitelementen duren dezelfde waarde- uw eigen op elk moment. Het heet momentane huidige waarde.

Weerstand in AC-circuit

Het eenvoudigste wisselstroomcircuit wordt verkregen als een conventionele weerstand wordt aangesloten op een wisselspanningsbron (we nemen uiteraard aan dat de inductie van deze weerstand verwaarloosbaar is, dus het effect van zelfinductie kan worden genegeerd), ook wel genoemd actieve weerstand(Figuur 1)

Rijst. 1. Weerstand in AC-circuit

We selecteren de positieve richting van het omzeilen van het circuit tegen de klok in, zoals weergegeven in de figuur. Bedenk dat stroom als positief wordt beschouwd als de stroom in een positieve richting stroomt; anders is de stroom negatief.

Het blijkt dat de momentane waarden van stroom en spanning verband houden met een formule die lijkt op de wet van Ohm voor gelijkstroom:

De stroomsterkte in de weerstand verandert dus ook volgens de sinuswet:

De stroomamplitude is gelijk aan de verhouding tussen de spanningsamplitude en de weerstand:

We zien dat de stroom door de weerstand en de spanning erover ‘synchroon’, of beter gezegd, in fase veranderen (Fig. 2).

Rijst. 2. De stroom door de weerstand is in fase met de spanning

De huidige fase is gelijk aan de spanningsfase, dat wil zeggen dat de faseverschuiving tussen stroom en spanning nul is.

Condensator in AC-circuit

Er stroomt geen gelijkstroom door de condensator - voor gelijkstroom is de condensator een open circuit. De condensator vormt echter geen belemmering voor wisselstroom! De stroom van wisselstroom door de condensator is verzekerd periodieke verandering lading op zijn platen.

Beschouw een condensator die is aangesloten op een sinusoïdale spanningsbron (Fig. 3). Actief verzet draden, zoals altijd, beschouwen we als gelijk aan nul. We kiezen opnieuw de positieve richting van het omzeilen van het circuit tegen de klok in.

Rijst. 3. Condensator in AC-circuit

Zoals eerder duiden we dit aan met de lading van de condensatorplaat waarnaar positieve stroom vloeit in dit geval dit zal de juiste plaat zijn. Dan valt het teken van de grootte samen met het teken van de spanning. Bovendien zal, zoals we ons herinneren uit het vorige blad, met een dergelijke coördinatie van het teken van de lading en de richting van de stroom aan de gelijkheid worden voldaan.

De spanning over de condensator is gelijk aan de bronspanning:

Door deze gelijkheid te differentiëren met betrekking tot de tijd, vinden we de stroom door de condensator:

(3)

De stroom- en spanningsgrafieken worden getoond in Fig. 4. We zien dat de stroom telkens een kwart periode eerder dan de spanning zijn maximum bereikt. Dit betekent dat de fase van de stroom groter is dan de fase van de spanning (de stroom loopt in fase voor op de spanning).

Rijst. 4. De stroom door de condensator loopt in fase voor op de spanning

Je kunt de faseverschuiving tussen stroom en spanning ook vinden met behulp van de reductieformule:

Met behulp hiervan verkrijgen we uit (3):

En nu zien we duidelijk dat de huidige fase groter is dan de spanningsfase met .

Voor de huidige amplitude hebben we:

De amplitude van de stroom is dus gerelateerd aan de amplitude van de spanning via een relatie die vergelijkbaar is met de wet van Ohm:

De hoeveelheid wordt genoemd capacitieve reactantie condensator. Hoe groter de capaciteit van de condensator, hoe kleiner de amplitude van de stroom die er doorheen vloeit, en omgekeerd.

De capaciteit is omgekeerd evenredig met de cyclische frequentie van spannings- (stroom)fluctuaties en de capaciteit van de condensator. Laten we proberen het te begrijpen fysieke reden een dergelijke afhankelijkheid.

1. Wat hogere frequentie oscillaties (bij een vaste capaciteit), hoe korter de tijd dat de lading door het circuit gaat; hoe groter de amplitude van de stroom en hoe lager de capaciteit. Wanneer de capaciteit naar nul neigt: . Dit betekent dat voor de huidige hoge frequentie de condensator is eigenlijk kortsluiting kettingen.

Integendeel, naarmate de frequentie afneemt, neemt de capacitieve reactantie toe, en wanneer we . Dit is niet verrassend: het geval komt overeen met gelijkstroom en de condensator voor gelijkstroom vertegenwoordigt oneindige weerstand (open circuit).

2. Hoe groter de capaciteit van de condensator (bij een vaste frequentie), hoe meer lading er in dezelfde tijd door het circuit gaat (gedurende hetzelfde kwart van de periode); hoe groter de amplitude van de stroom en hoe lager de capaciteit.

We benadrukken dat, in tegenstelling tot de situatie met een weerstand, onmiddellijk de waarden van stroom en spanning op dezelfde tijdstippen zullen niet langer voldoen aan een relatie die vergelijkbaar is met de wet van Ohm. De reden is de faseverschuiving: de spanning verandert volgens de sinuswet en de stroomsterkte - volgens de cosinuswet; deze functies zijn niet evenredig aan elkaar. De wet van Ohm heeft alleen betrekking op amplitude stroom- en spanningswaarden.

Spoel in AC-circuit

Laten we nu een inductor aansluiten op onze wisselspanningsbron (Fig. 5). De actieve weerstand van de spoel wordt als nul beschouwd.

Rijst. 5. Spoel in AC-circuit

Het lijkt erop dat met nul actief (of, zoals ze ook zeggen, ohms) weerstand moet er een oneindige stroom door de spoel stromen. De spoel biedt echter een ander soort weerstand tegen wisselstroom.
Het magnetische veld van de stroom, variërend in de tijd, genereert een elektrisch wervelveld in de spoel, dat, zo blijkt, het Coulomb-veld van bewegende ladingen precies in evenwicht brengt:

(4)

Het werk van het Coulomb-veld om een ​​positieve lading van een eenheid langs een extern circuit in de positieve richting te verplaatsen, is precies spanning. Een soortgelijk werk van het vortexveld is de geïnduceerde emf.

Daarom verkrijgen we uit (4):

(5)

Gelijkheid (5) kan ook vanuit energieoogpunt worden verklaard. Laten we ervan uitgaan dat het niet werkt. Wanneer vervolgens een lading langs het circuit wordt verplaatst, wordt er niet-nul werk verricht, dat in warmte moet worden omgezet. Maar het thermische vermogen is nul bij nul-ohmse weerstand van het circuit. De tegenstelling die is ontstaan ​​laat zien dat aan gelijkheid (5) moet worden voldaan.

Terwijl we de wet van Faraday in gedachten houden, herschrijven we relatie (5):

(6)

Het blijft de vraag welke functie, variërend volgens de harmonische wet, gedifferentieerd moet worden om deze te verkrijgen rechter zijde uitdrukkingen (6). Dit is niet moeilijk te achterhalen (onderscheid en controleer!):

(7)

We hebben een uitdrukking verkregen voor de stroom door de spoel. De stroom- en spanningsgrafieken worden getoond in Fig. 6.

Rijst. 6. De stroom door de spoel is uit fase met de spanning

Zoals u kunt zien, bereikt de stroom zijn maximum een ​​kwart periode later dan de spanning. Dit betekent dat de stroom uit fase is met de spanning.

De faseverschuiving kan ook worden bepaald met behulp van de reductieformule:

We krijgen:

We zien meteen dat de huidige fase kleiner is dan de spanningsfase met .

De amplitude van de stroom door de spoel is:

Dit kan worden geschreven in een vorm die lijkt op de wet van Ohm:

De hoeveelheid wordt genoemd inductieve reactantie wikkelen. Dit is precies de weerstand die onze spoel biedt tegen wisselstroom (bij nul-ohmse weerstand).

De inductieve reactantie van een spoel is evenredig met de inductantie en oscillatiefrequentie. Laten we bespreken fysieke betekenis deze verslaving.

1. Hoe groter de inductantie van de spoel, hoe groter de geïnduceerde emf erin verschijnt, waardoor de toename van de stroom wordt tegengegaan; hoe lager de amplitudewaarde die de stroom bereikt. Dit betekent dat er meer zullen zijn.

2. Hoe hoger de frequentie, hoe sneller de stroom verandert, hoe meer meer snelheid veranderingen magnetisch veld in de spoel, en hoe groter de geïnduceerde emf daarin verschijnt, waardoor wordt voorkomen dat de stroom toeneemt. Wanneer we dat hebben gedaan, d.w.z. hoogfrequente stroom gaat praktisch niet door de spoel.

Integendeel, als we . Bij gelijkstroom is de spoel een kortsluiting in het circuit.

En opnieuw zien we dat de wet van Ohm alleen aan de amplitude voldoet, maar niet aan momentane stroom- en spanningswaarden. De reden is dezelfde: de aanwezigheid van een faseverschuiving.

Hoe gedraagt ​​een inductor zich in een DC- en AC-circuit?

Spoel in een DC-circuit

Voor dit experiment hebben we dus een voeding nodig die een constante spanning produceert, een gloeilamp en de inductor zelf.

Om een ​​inductor met goede inductie te maken, hebben we een ferrietkern nodig:

Wikkel er gelakte koperdraad omheen en strip de klemmen:

De inductantie van onze spoel meten we met een LC-meter:

132 microhenry.

Nu zetten we het allemaal samen volgens dit schema:

Waar

L - inductor

La - Gloeilamp van 12 volt

Bat - voeding, met een spanning ingesteld op 12 volt

Het lampje ging branden!

Zoals je je herinnert, stond onze condensator geen constante toe elektriciteit:

We concluderen: een gelijkstroom stroomt vrijwel ongehinderd door de inductor. De enige weerstand is de draad zelf waaruit de spoel is gewikkeld.

Spoel in een wisselstroomcircuit

Om erachter te komen hoe een inductor zich gedraagt ​​in een wisselstroomcircuit, hebben we een frequentiegenerator, de inductor zelf en een weerstand van 100 Ohm nodig. Hoe hoger de weerstand, hoe minder spanning er uit mijn frequentiegenerator zal vallen, dus ik heb een weerstand van 100 Ohm genomen die ik als shunt zal hebben. De spanningsval over deze weerstand is afhankelijk van de stroom die er doorheen vloeit

Laten we dit geheel volgens dit schema samenstellen:

Het bleek ongeveer zo:

Laten we het er meteen over eens zijn dat ons eerste kanaal rood zal zijn en het tweede kanaal geel. Daarom is de rode sinusgolf de frequentie die de frequentiegenerator ons geeft, en de gele sinusgolf is het signaal dat van de weerstand wordt afgenomen.

We hebben geleerd dat bij nulfrequentie (gelijkstroom) de spoel vrijwel ongehinderd elektrische stroom door zichzelf doorlaat. In ons experiment zullen we een sinusvormig signaal van de frequentiegenerator leveren verschillende frequenties en kijk of de spanning over de weerstand verandert.

Ervaar N1

Om te beginnen passen we een signaal toe met een frequentie van 1 kilohertz.

Laten we uitzoeken wat wat is. In het groene kader heb ik de automatische metingen van de oscilloscoop weergegeven

De rode cirkel met het cijfer “1” zijn de afmetingen van het “rode” kanaal. Zoals we zien, F(frequentie) =1 kilohertz, en Ma(amplitude) = 1,96 Volt. Nou ja, laten we zeggen ongeveer 2 volt. We kijken naar de cirkel met het cijfer “2”. F=1 Kilohertz, een Ma=1,96 Volt. Dat wil zeggen, we kunnen zeggen dat het uitgangssignaal precies hetzelfde is als de ingang.

We verhogen de frequentie naar 10 Kilohertz

De amplitude nam niet af. Het signaal blijft hetzelfde.

Verhoog tot 100 Kilohertz

Merk je het verschil? Amplitude geel signaal is kleiner geworden en zelfs de grafiek van het gele signaal verschuift naar rechts, dat wil zeggen, het is vertraagd, of wetenschappelijke taal, komt naar voren. Het rode sein beweegt nergens heen, het is het gele dat vertraging heeft. Onthoud dit.

Faseverschuiving- Dit verschil tussen de beginfasen van twee gemeten grootheden. In dit geval spanning. Om de faseverschuiving te meten, moet er een voorwaarde zijn dat deze signalen worden ontvangen dezelfde frequentie. De amplitude kan willekeurig zijn. De onderstaande figuur toont juist deze faseverschuiving of, zoals het ook wel wordt genoemd, fase verschil:

We verhogen de frequentie naar 200 Kilohertz

Bij een frequentie van 200 kilohertz daalde de amplitude met de helft en werd het faseverschil groter.

We verhogen de frequentie naar 300 Kilohertz.

De amplitude van het gele signaal is al gedaald tot 720 millivolt. Het faseverschil werd nog groter.

We verhogen de frequentie naar 500 Kilohertz

De amplitude nam af tot 480 millivolt.

Voeg nog een frequentie toe tot 1 Megahertz

De amplitude van het gele kanaal werd 280 millivolt.

Welnu, we voegen de frequentie toe aan de limiet die de frequentiegenerator ons toestaat uit te voeren: 2 Megahertz

De amplitude van het “gele” signaal werd zo klein dat ik deze zelfs 5 keer moest vergroten.

En we kunnen zeggen dat de faseverschuiving bijna 90 graden is geworden π/2.

Maar zal de faseverschuiving groter worden dan 90 graden als een zeer hoge frequentie wordt toegepast? Experimenten zeggen nee. Simpel gezegd: bij een oneindige frequentie zal de faseverschuiving 90 graden zijn. Als we onze grafieken met een oneindige frequentie combineren, kunnen we zoiets als dit zien:

Dus welke conclusie kunnen we trekken?

Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de spoelweerstand toe en neemt ook de faseverschuiving toe. En hoe hoger de frequentie, hoe groter de faseverschuiving zal zijn, maar niet meer dan 90 graden.

Ervaar N2

Laten we de inductie van de spoel verminderen. Laten we het opnieuw op dezelfde frequenties uitvoeren. Ik verwijderde de helft van de windingen en maakte windingen aan de rand van het ferriet, waardoor de inductantie werd teruggebracht tot 33 microhenry.

Laten we dus alles uitvoeren met dezelfde frequentiewaarden

Bij een frequentie van 1 Kilohertz is onze waarde nauwelijks veranderd.

10 Kilohertz

Ook hier is niets veranderd.

100 Kilohertz

Er is ook vrijwel niets veranderd, behalve dat het gele sein rustig begon te bewegen.

200 Kilohertz

Hier kunnen we al zien dat de amplitude op het gele signaal begint af te nemen en de faseverschuiving in snelheid toeneemt.

300 Kilohertz

De faseverschuiving werd groter en de amplitude daalde nog verder

500 Kilohertz

De verschuiving werd nog groter en ook de amplitude van het gele signaal nam af.

1 Megahertz

De amplitude van het gele signaal neemt af, de faseverschuiving neemt toe. ;-)

2 Megahertz, de limiet van mijn frequentiegenerator

De faseverschuiving werd bijna 90 graden en de amplitude werd zelfs minder dan een halve Volt.

Noteer de amplitude in volt bij dezelfde frequenties. In het eerste geval was onze inductantie groter dan in het tweede geval, maar de amplitude van het gele signaal in het tweede geval was groter dan in het eerste.

Vanaf hier dringt de conclusie zich op:

Naarmate de inductantie afneemt, neemt ook de weerstand van de inductor af.

Inductorreactantie

Met behulp van eenvoudige conclusies hebben natuurkundigen de formule afgeleid:

Waar

XL - spoelen, Ohm

P is constant en gelijk aan ongeveer 3,14

F-frequentie, Hz

L - inductie, H

In dit experiment ontvingen we (laagdoorlaatfilter). Zoals je zelf hebt gezien, heeft de inductor bij lage frequenties vrijwel geen weerstand tegen spanning, daarom zullen de amplitude en het vermogen aan de uitgang van zo'n filter bijna hetzelfde zijn als aan de ingang. Maar naarmate de frequentie toeneemt, neemt de amplitude af. Door een dergelijk filter op een luidspreker toe te passen, kunnen we met vertrouwen zeggen dat alleen de bas versterkt wordt lage frequentie geluid.

Conclusie

Gelijkstroom vloeit probleemloos door de inductor. De enige weerstand is de draad zelf waaruit de spoel is gewikkeld.

De weerstand van de spoel hangt af van de frequentie van de stroom die er doorheen vloeit en wordt uitgedrukt door de formule:

Een oscillerend circuit is een apparaat dat is ontworpen om elektromagnetische trillingen te genereren (creëren). Sinds de oprichting ervan tot op de dag van vandaag wordt het op veel gebieden van wetenschap en technologie gebruikt: van Alledaagse leven tot grote fabrieken die een grote verscheidenheid aan producten produceren.

Waar bestaat het uit?

Het oscillerende circuit bestaat uit een spoel en een condensator. Daarnaast kan het ook een weerstand bevatten (een element met variabele weerstand). Een inductor (of solenoïde, zoals deze soms wordt genoemd) is een staaf waarop meerdere wikkelingslagen zijn gewikkeld, die in de regel koperdraad. Het is dit element dat trillingen in het oscillerende circuit veroorzaakt. De staaf in het midden wordt vaak een smoorspoel of kern genoemd, en de spoel wordt soms een solenoïde genoemd.

De spoel van het oscillerende circuit creëert alleen oscillaties in de aanwezigheid van opgeslagen lading. Wanneer er stroom doorheen gaat, accumuleert het een lading, die het vervolgens in het circuit vrijgeeft als de spanning daalt.

Spoeldraden hebben doorgaans zeer weinig weerstand, die altijd constant blijft. In het oscillerende circuitcircuit treden zeer vaak veranderingen in spanning en stroom op. Deze verandering gehoorzaamt aan bepaalde wiskundige wetten:

• U = U 0 *cos(w*(t-t 0) , waarbij
  U - spanning in dit moment tijd t,
  U 0 - spanning op tijdstip t 0,
  w - frequentie van elektromagnetische trillingen.

Een ander integraal onderdeel van het circuit is elektrische condensator. Dit is een element dat bestaat uit twee platen, die gescheiden zijn door een diëlektricum. In dit geval is de dikte van de laag tussen de platen kleiner dan hun afmetingen. Dit ontwerp maakt accumulatie op het diëlektricum mogelijk elektrische lading, die vervolgens in de keten kunnen worden ingevoerd.

Het verschil tussen een condensator en een batterij is dat er geen sprake is van een transformatie van stoffen onder invloed van elektrische stroom, maar van een directe accumulatie van lading in het elektrische veld. Zo kun je met behulp van een condensator een voldoende grote lading accumuleren, die in één keer kan worden vrijgegeven. In dit geval neemt de stroomsterkte in het circuit aanzienlijk toe.

Ook bestaat het oscillerende circuit uit nog een element: een weerstand. Dit element heeft weerstand en is ontworpen om de stroom en spanning in het circuit te regelen. Als je de spanning bij een constante spanning verhoogt, neemt de stroom af volgens de wet van Ohm:

• I = U/R, waarbij
  ik - huidige kracht,
  U-spanning,
  R - weerstand.

Spoel

Laten we alle fijne kneepjes van de inductor eens nader bekijken en de functie ervan in een oscillerend circuit beter begrijpen. Zoals we al hebben gezegd, neigt de weerstand van dit element naar nul. Als de spoel op een gelijkstroomcircuit is aangesloten, werkt deze echter correct. Hieruit kunnen we concluderen dat het element bestand is tegen wisselstroom.

Maar waarom gebeurt dit en hoe ontstaat weerstand bij wisselstroom? Om deze vraag te beantwoorden, moeten we ons wenden tot een fenomeen als zelfinductie. Wanneer stroom door de spoel gaat, verschijnt er een spoel in, die een obstakel vormt voor de stroomverandering. De grootte van deze kracht hangt af van twee factoren: de inductie van de spoel en de tijdsafgeleide van de stroom. Wiskundig gezien wordt deze afhankelijkheid uitgedrukt door de vergelijking:

• E = -L*I"(t) , waarbij
  E - EMF-waarde,
  L is de inductiewaarde van de spoel (deze is voor elke spoel verschillend en hangt af van het aantal wikkelingen en hun dikte),
  I"(t) - afgeleide van de huidige sterkte met betrekking tot de tijd (snelheid van verandering van de huidige sterkte).

De sterkte van gelijkstroom verandert niet in de loop van de tijd, dus er ontstaat geen weerstand als je eraan wordt blootgesteld.

Maar bij wisselstroom veranderen al zijn parameters voortdurend volgens een sinusoïdale of cosinuswet, waardoor er een EMF ontstaat die deze veranderingen verhindert. Deze weerstand wordt inductief genoemd en wordt berekend met de formule:

• XL L = w*L, waarbij
  w - circuitoscillatiefrequentie,
  L is de inductie van de spoel.

De stroomsterkte in de solenoïde neemt lineair toe en af ​​volgens verschillende wetten. Dit betekent dat als u stopt met het leveren van stroom aan de spoel, deze nog enige tijd lading in het circuit zal blijven afgeven. En als de stroomtoevoer abrupt wordt onderbroken, zal er een schok optreden vanwege het feit dat de lading zal proberen zich te verdelen en de spoel te verlaten. Dit - serieus probleem bij industriële productie. Dit effect (hoewel niet volledig gerelateerd aan oscillerend circuit) kunt u bijvoorbeeld waarnemen als u de stekker uit een stopcontact trekt. Tegelijkertijd springt er een vonk op, die op zo'n schaal een persoon niet kan schaden. Dit komt door het feit dat het magnetische veld niet onmiddellijk verdwijnt, maar geleidelijk verdwijnt, waardoor stromen in andere geleiders worden geïnduceerd. Op industriële schaal is de stroomsterkte vele malen groter dan de 220 volt die we gewend zijn, dus als het circuit tijdens de productie wordt onderbroken, kunnen er vonken ontstaan ​​die zo sterk zijn dat ze veel schade aan zowel de fabriek als de mensen zullen toebrengen. .

De spoel is de basis van waaruit het oscillerende circuit bestaat. De inductanties van in serie geschakelde elektromagneten tellen op. Vervolgens zullen we alle subtiliteiten van de structuur van dit element nader bekijken.

Wat is inductie?

De inductie van de oscillerende circuitspoel is een individuele indicator, numeriek gelijk elektromotorische kracht(in volt), wat in een circuit gebeurt wanneer de stroom in 1 seconde met 1 A verandert. Als de solenoïde is aangesloten op een gelijkstroomcircuit, beschrijft de inductantie de energie van het magnetische veld dat door deze stroom wordt gecreëerd volgens de formule:

• W=(L*I 2)/2, waarbij
  W is de energie van het magnetische veld.

De inductiecoëfficiënt hangt van veel factoren af: de geometrie van de solenoïde, de magnetische eigenschappen van de kern en het aantal draadspoelen. Een andere eigenschap van deze indicator is dat hij altijd positief is, omdat de variabelen waarvan hij afhankelijk is, niet negatief kunnen zijn.

Inductie kan ook worden gedefinieerd als de eigenschap van een stroomvoerende geleider om energie in een magnetisch veld te accumuleren. Het wordt gemeten in Henry (vernoemd naar de Amerikaanse wetenschapper Joseph Henry).

Naast de solenoïde bestaat het oscillerende circuit uit een condensator, die later zal worden besproken.

Elektrische condensator

De capaciteit van het oscillerende circuit wordt bepaald door de condensator. Over hem verschijning stond hierboven geschreven. Laten we nu eens kijken naar de fysica van de processen die daarin plaatsvinden.

Omdat de condensatorplaten uit geleiders bestaan, kan er elektrische stroom doorheen stromen. Er bevindt zich echter een obstakel tussen de twee platen: een diëlektricum (dit kan lucht, hout of ander materiaal met hoge weerstand zijn. Omdat de lading niet van het ene uiteinde van de draad naar het andere kan gaan, hoopt deze zich op aan de platen van de condensator. Dit verhoogt het vermogen van de magnetische en elektrische velden eromheen. Wanneer de toevoer van lading stopt, wordt dus alle elektrische energie die zich op de platen heeft verzameld, naar het circuit overgedragen.

Elke condensator heeft een optimale werking. Als u dit element lange tijd op een hogere spanning dan de nominale spanning gebruikt, wordt de levensduur aanzienlijk verkort. De oscillerende circuitcondensator wordt voortdurend blootgesteld aan de invloed van stromen en daarom moet u uiterst voorzichtig zijn bij het kiezen ervan.

Naast de gebruikelijke condensatoren die besproken zijn, zijn er ook ionistoren. Dit is een complexer element: het kan worden omschreven als een kruising tussen een batterij en een condensator. In de regel bestaat het diëlektricum in de ionistor uit organische stoffen, waartussen zich een elektrolyt bevindt. Samen creëren ze een dubbele elektrische laag, waardoor dit ontwerp vele malen meer energie kan accumuleren dan in een traditionele condensator.

Wat is de capaciteit van een condensator?

De capaciteit van een condensator is de verhouding tussen de lading op de condensator en de spanning waaronder deze staat. Deze waarde kan heel eenvoudig worden berekend met behulp van een wiskundige formule:

• C = (e 0 *S)/d, waarbij
  e 0 - diëlektrisch materiaal (tabelwaarde),
  S is het gebied van de condensatorplaten,
  d is de afstand tussen de platen.

De afhankelijkheid van de capaciteit van de condensator van de afstand tussen de platen wordt verklaard door het fenomeen van elektrostatische inductie: hoe kleiner de afstand tussen de platen, hoe meer ze elkaar beïnvloeden (volgens de wet van Coulomb), hoe meer meer lading platen en minder stress. En naarmate de spanning afneemt, neemt de waarde van de capaciteit toe, omdat deze ook kan worden beschreven met de volgende formule:

• C = q/U, waarbij
  q is de lading in coulombs.

Het is de moeite waard om te praten over de meeteenheden van deze hoeveelheid. Capaciteit wordt gemeten in farads. 1 Farad is genoeg grote waarde, dus bestaande condensatoren (maar geen supercondensatoren) hebben een capaciteit gemeten in picofarads (een biljoenste van een farad).

Weerstand

De stroom in het oscillatiecircuit hangt ook af van de weerstand van het circuit. En naast de beschreven twee elementen waaruit het oscillerende circuit bestaat (spoel, condensator), is er nog een derde: een weerstand. Hij is verantwoordelijk voor het creëren van weerstand. Een weerstand verschilt daarin van andere elementen hoge weerstand, die bij sommige modellen kan worden gewijzigd. In het oscillerende circuit vervult het de functie van een magnetische veldvermogensregelaar. Je kunt meerdere weerstanden in serie of parallel aansluiten, waardoor de weerstand van het circuit toeneemt.

De weerstand van dit element is ook afhankelijk van de temperatuur, dus u moet voorzichtig zijn met de werking ervan in het circuit, omdat het opwarmt als de stroom doorgaat.

De weerstand van de weerstand wordt gemeten in Ohm en de waarde ervan kan worden berekend met behulp van de formule:

• R = (p*l)/S, waarbij
  P- weerstand weerstandsmateriaal (gemeten in (Ohm*mm 2)/m);
  l is de lengte van de weerstand (in meter);
  S - dwarsdoorsnede (in vierkante millimeters).

Hoe contourparameters koppelen?

Nu zijn we dicht bij de fysica van de werking van het oscillerende circuit gekomen. Na verloop van tijd verandert de lading op de condensatorplaten differentiaalvergelijking tweede bestelling.

Als je deze vergelijking oplost, volgen er verschillende interessante formules die de processen beschrijven die in het circuit plaatsvinden. De cyclische frequentie kan bijvoorbeeld worden uitgedrukt in termen van capaciteit en inductie.

Echter, de meeste eenvoudige formule, waarmee je veel onbekende grootheden kunt berekenen, is de Thomson-formule (genoemd naar de Engelse natuurkundige William Thomson, die deze in 1853 heeft afgeleid):

• T = 2*n*(L*C) 1/2.
  T - periode van elektromagnetische oscillaties,
  L en C zijn respectievelijk de inductantie van de oscillerende circuitspoel en de capaciteit van de circuitelementen,
  n - getal pi.

Kwaliteitsfactor

Er is nog een andere belangrijke grootheid die de werking van het circuit kenmerkt: de kwaliteitsfactor. Om te begrijpen wat dit is, moet men zich wenden tot een proces zoals resonantie. Dit is een fenomeen waarbij de amplitude maximaal wordt terwijl de grootte van de kracht die deze oscillatie ondersteunt constant blijft. De resonantie kan worden verklaard door eenvoudig voorbeeld: Als je de swing in de tijd van zijn frequentie duwt, zal hij versnellen en zal zijn “amplitude” toenemen. En als je uit de pas loopt, zullen ze langzamer gaan lopen. Resonantie verdrijft vaak veel energie. Om de omvang van de verliezen te kunnen berekenen, bedachten ze een parameter genaamd kwaliteitsfactor. Het is een coëfficiënt die gelijk is aan de verhouding tussen de energie in het systeem en de verliezen die in het circuit in één cyclus optreden.

De kwaliteitsfactor van het circuit wordt berekend met de formule:

• Q = (w 0 *W)/P, waarbij
  w 0 - resonante cyclische frequentie van trillingen;
  W is de energie die is opgeslagen in het oscillerende systeem;
  P - vermogensdissipatie.

Deze parameter is dimensieloze hoeveelheid, omdat het feitelijk de verhouding tussen energie toont: opgeslagen en verbruikt.

Wat is een ideaal oscillerend circuit?

Om de processen in dit systeem beter te begrijpen, bedachten natuurkundigen de zogenaamde ideaal oscillerend circuit. Dit wiskundig model, die het circuit voorstelt als een systeem zonder weerstand. Daarin ontstaan ​​ongedempte harmonische oscillaties. Met dit model kunnen we formules verkrijgen voor de geschatte berekening van contourparameters. Een van deze parameters is de totale energie:

• W = (L*I 2)/2.

Dergelijke vereenvoudigingen versnellen de berekeningen aanzienlijk en maken het mogelijk om de kenmerken van een circuit met bepaalde indicatoren te evalueren.

Hoe het werkt?

De gehele bedrijfscyclus van het oscillatiecircuit kan in twee delen worden verdeeld. Nu zullen we de processen die in elk onderdeel plaatsvinden in detail analyseren.

• Eerste fase: De condensatorplaat, positief geladen, begint te ontladen, waardoor stroom in het circuit vrijkomt. Op dit moment vloeit de stroom van een positieve lading naar een negatieve lading, die door de spoel gaat. Als gevolg hiervan ontstaan ​​er elektromagnetische trillingen in het circuit. De stroom, die door de spoel is gepasseerd, gaat naar de tweede plaat en laadt deze positief op (terwijl de eerste plaat, waaruit de stroom vloeide, negatief wordt geladen).
• Tweede fase: precies het tegenovergestelde proces vindt plaats. De stroom gaat van de positieve plaat (die helemaal aan het begin negatief was) naar de negatieve en gaat opnieuw door de spoel. En alle beschuldigingen vallen op hun plaats.

De cyclus wordt herhaald totdat de condensator is opgeladen. In een ideaal oscillerend circuit vindt dit proces eindeloos plaats, maar in een echt circuit zijn energieverliezen onvermijdelijk als gevolg van verschillende factoren: verwarming, die optreedt als gevolg van de aanwezigheid van weerstand in het circuit (joule-warmte), en dergelijke.

Opties voor circuitontwerp

Naast eenvoudige "spoel-condensator" en "spoel-weerstand-condensator"-circuits zijn er nog andere opties die een oscillerend circuit als basis gebruiken. Dit is bijvoorbeeld een parallel circuit, dat zich onderscheidt doordat het bestaat als onderdeel van een elektrisch circuit (omdat het, als het afzonderlijk zou bestaan, een serieschakeling zou zijn, zoals in het artikel werd besproken).

Er zijn ook andere soorten ontwerpen die verschillende elektrische componenten bevatten. U kunt bijvoorbeeld een transistor op het netwerk aansluiten die het circuit met een frequentie opent en sluit gelijke frequentie trillingen in het circuit. Er zullen dus ongedempte oscillaties in het systeem tot stand komen.

Waar wordt het oscillerende circuit gebruikt?

Het meest bekende gebruik van circuitcomponenten voor ons zijn elektromagneten. Ze worden op hun beurt gebruikt in intercoms, elektromotoren, sensoren en in veel andere niet zo gewone gebieden. Een andere toepassing is een oscillator. In feite is dit gebruik van een circuit ons heel bekend: in deze vorm wordt het gebruikt in microgolven om golven te creëren en in mobiele en radiocommunicatie om informatie over een afstand te verzenden. Dit alles gebeurt vanwege het feit dat trillingen elektromagnetische golven kan zodanig worden gecodeerd dat het mogelijk wordt informatie over lange afstanden te verzenden.

De inductor zelf kan als transformatorelement worden gebruikt: twee spoelen met verschillende nummers wikkelingen kunnen worden overgedragen met behulp van elektromagnetisch veld jouw lading. Maar omdat de kenmerken van de elektromagneten verschillend zijn, zullen de stroomindicatoren in de twee circuits waarmee deze twee inductanties zijn verbonden, verschillen. Zo is het mogelijk om een ​​stroom met een spanning van bijvoorbeeld 220 volt om te zetten in een stroom met een spanning van 12 volt.

Conclusie

We hebben het werkingsprincipe van het oscillerende circuit en elk van zijn onderdelen afzonderlijk onderzocht. We hebben geleerd dat een oscillerend circuit een apparaat is dat is ontworpen om elektromagnetische golven te creëren. Dit zijn echter slechts de basisprincipes van de complexe werking van deze ogenschijnlijk eenvoudige elementen. U kunt meer leren over de fijne kneepjes van het circuit en zijn componenten uit gespecialiseerde literatuur.

Enorm praktische betekenis ongedempte geforceerde oscillaties hebben. Vrije elektromagnetische trillingen in het circuit vervagen snel en worden daarom praktisch niet gebruikt. Wisselstroom die door consumenten wordt gebruikt, is niets anders dan gedwongen elektromagnetische trillingen. AC-frequentie toont het aantal oscillaties per seconde. Standaard frequentie industriële stroom is 50 Hertz. Dit betekent dat gedurende 1 seconde de stroom 50 keer in de ene richting vloeit en 50 keer in de andere richting. In veel landen over de hele wereld wordt voor industriële stroom een ​​frequentie van 50 Hertz geaccepteerd. Stroom en spanning veranderen in de loop van de tijd volgens een harmonische wet. Dit volgt uit de volgende redenering. Als de spanning aan de uiteinden van het circuit verandert volgens een harmonische wet, zal de elektrische veldsterkte in de geleiders ook harmonisch veranderen. Deze harmonische veranderingen in veldsterkte zullen harmonische oscillaties veroorzaken in de snelheid van de geordende beweging van geladen deeltjes en daarom harmonische oscillaties in de stroomsterkte. Wanneer de spanning aan de uiteinden van het circuit verandert, verandert het elektrische veld niet onmiddellijk in het hele circuit. Als de voortplantingstijd van veldveranderingen in het circuit veel korter is dan de periode van spanningsoscillaties, kunnen we aannemen dat het elektrische veld in het hele circuit vrijwel onmiddellijk verandert wanneer de spanning aan de uiteinden van het circuit verandert. De wisselspanning die consumenten in het verlichtingsnetwerk gebruiken, wordt opgewekt door generatoren bij elektriciteitscentrales. Een draadframe dat in een constant uniform magnetisch veld draait, kan worden beschouwd als het eenvoudigste model wisselstroomgeneratoren. De flux van magnetische inductie die het draadframe binnendringt, is evenredig met de cosinus van de hoek alfa tussen de normaal op het frame en de magnetische inductievector. Bij uniforme rotatie van het frame neemt de alfahoek recht evenredig met de tijd toe. Daarom verandert de flux van magnetische inductie harmonieus. Volgens de wet elektromagnetische inductie, de geïnduceerde emf in het frame is gelijk aan de snelheid waarmee de magnetische inductieflux in de loop van de tijd verandert, gemeten met een minteken. Anders is de EMF van elektromagnetische inductie gelijk aan de tijdsafgeleide van de magnetische inductieflux. Wanneer de spanning verandert volgens een harmonische wet, verandert de elektrische veldsterkte in de geleider volgens dezelfde wet. Onder invloed van een elektrisch wisselveld ontstaat in de geleider een elektrische wisselstroom, waarvan de frequentie en fase van de oscillaties samenvallen met de frequentie en fase van de spanningsoscillaties. Schakelingen met een weerstand. De schakeling bestaat uit aansluitdraden en belastingen met lage inductie en hoge weerstand, actieve weerstand genoemd. In aanwezigheid van een belasting met actieve weerstand absorbeert het circuit energie afkomstig van de generator. Deze energie verandert in interne energie van de geleiders - ze warmen op. In een geleider met actieve weerstand vallen stroomfluctuaties in fase samen met spanningsschommelingen. In een wisselstroomcircuit met een industriële frequentie van 50 Hertz veranderen de stroom en spanning relatief snel. Het vermogen in een gelijkstroomcircuit in een sectie met weerstand is per definitie gelijk aan het product van het kwadraat van de stroom en de weerstand. Over een zeer korte tijdsperiode kan wisselstroom als constant worden beschouwd. Daarom wordt het momentane vermogen in een wisselstroomcircuit in een sectie met actieve weerstand bepaald door het product van het kwadraat van de momentane stroomwaarde en de weerstand. Onder het gemiddelde wisselstroomvermogen over een periode wordt verstaan ​​de verhouding van de totale energie die het circuit binnenkomt over een periode tot de periode. Een persoon moet het gemiddelde stroomvermogen in een deel van een circuit over een lange periode, inclusief vele perioden, kennen.
Hier is een grafiek van het momentane vermogen versus de tijd. Gedurende een kwart van de periode is het vermogen meer dan de helft van de amplitudewaarde. Maar gedurende het volgende kwart van de periode is het vermogen kleiner dan deze waarde. In de loop van een kwart van de periode doorloopt deze functie een reeks positieve waarden. De helft van het kwadraat van de amplitude van de stroom in een oscillatie elektromagnetisch circuit is de gemiddelde waarde van het kwadraat van de huidige sterkte over de periode. Een waarde gelijk aan vierkantswortel van de gemiddelde waarde van het kwadraat van de stroom wordt de effectieve waarde van de wisselstroom genoemd. Het is altijd mogelijk om een ​​waarde voor de gelijkstroomsterkte zo te kiezen dat de energie die in de loop van de tijd door deze stroom vrijkomt gelijk is aan de energie die in dezelfde tijd vrijkomt door wisselstroom. De effectieve waarde van de wisselstroom is gelijk aan de sterkte van de gelijkstroom, die in dezelfde tijd dezelfde hoeveelheid warmte vrijgeeft in de geleider als de wisselstroom. Het maakt ons uit Algemene karakteristieken trillingen, zoals amplitude, periode, frequentie, effectieve waarden van stroom en spanning en gemiddeld vermogen. Het zijn de effectieve waarden van stroom en spanning die worden geregistreerd door ampèremeters en wisselstroomvoltmeters. De stroomschommelingen in het circuit met de weerstand zijn in fase met de spanningsschommelingen. Het vermogen in een wisselstroomcircuit wordt bepaald door de effectieve waarden van stroom en spanning. Vermogen is gelijk aan het product van stroom en spanning. In feite blijkt het circuit met de condensator open te zijn, omdat de condensatorplaten gescheiden zijn door een diëlektricum. Daarom kan er geen gelijkstroom bestaan ​​in een circuit dat een condensator bevat. Wisselstroom kan stromen in een circuit dat een condensator bevat. Laten we een experiment uitvoeren. Laten we componeren serieschakeling van een condensator en een gloeilamp. De gelijkspanning op de bronklemmen is gelijk aan de effectieve waarde van de wisselspanning. Wanneer de gelijkspanning wordt ingeschakeld, licht de lamp niet op. Maar wanneer de wisselspanning wordt ingeschakeld, gaat de lamp branden. In dit geval is de capaciteit van de condensator behoorlijk groot. De condensator wordt periodiek geladen en ontladen onder invloed van wisselspanning. De stroom die in het circuit vloeit wanneer de condensator wordt opgeladen, verwarmt de lampgloeidraad. Beschouw een circuit dat alleen een condensator bevat, waarbij de weerstand van de draden en platen van de condensator kan worden verwaarloosd. De spanning over de condensator komt overeen met de spanning aan de uiteinden van het circuit. Bijgevolg verandert de lading van de condensator volgens een harmonische wet. Stroom is de afgeleide van lading met betrekking tot tijd. Laten we grafieken van stroom en spanning versus tijd presenteren. Het is duidelijk dat stroomfluctuaties een factor twee voorlopen op spanningsfluctuaties over de condensator. De amplitude van de stroom is gelijk aan het product van de maximale spanning van de condensator en de cyclische oscillatiefrequentie. De waarde x-ce, gelijk aan het inverse product van de cyclische frequentie en de elektrische capaciteit van de condensator, wordt capacitieve reactantie genoemd. De rol van deze grootheid is vergelijkbaar met de rol van actief verzet in de wet van Ohm. Dit geeft ons de mogelijkheid om na te denken capaciteit als de weerstand van een condensator tegen wisselstroom. Hoe groter de capaciteit van de condensator, hoe groter de laadstroom. Dit is gemakkelijk te detecteren door de toename van de gloeiing van de lamp naarmate de capaciteit van de condensator toeneemt. Naarmate de capaciteit van de condensator toeneemt, neemt de capaciteit af. Het neemt ook af met toenemende frequentie.
De inductie in een circuit beïnvloedt de sterkte van de wisselstroom. Dit kan worden bewezen met behulp van eenvoudige ervaring. Laten we een circuit maken van een spoel met hoge inductie en elektrische lamp gloeiend Met behulp van een schakelaar kunt u dit circuit aansluiten op een constante spanningsbron of op een wisselspanningsbron met gelijke waarden. Bij constante spanning gloeit de lamp helderder. Vandaar, effectieve waarde De wisselstroom in het beschouwde circuit is kleiner dan de gelijkstroom. Dit is waar zelfinductie een rol speelt. Wanneer de spoel is aangesloten op een constante spanningsbron, neemt de stroom in het circuit geleidelijk toe. Het elektrische wervelveld dat verschijnt naarmate de stroom toeneemt, vertraagt ​​de beweging van elektronen. Pas na verloop van tijd bereikt de stroom de hoogste stabiele waarde die overeenkomt met een gegeven constante spanning. Als de spanning snel verandert, zal de stroom niet de waarden bereiken die deze bij een constante spanning in de loop van de tijd zou verwerven. Bijgevolg wordt de maximale waarde van de wisselstroom (de amplitude ervan) beperkt door de inductantie van het circuit en zal deze kleiner zijn, hoe groter de inductantie en hoe groter de frequentie van de aangelegde spanning. Wanneer de stroomsterkte verandert volgens de harmonische wet, zal de zelfinductie-EMK gelijk zijn aan de tegenovergestelde waarde van de afgeleide van inductie. Omdat het specifieke werk van het Coulomb-veld gelijk is aan de spanning aan de uiteinden van de spoel, blijkt de spanning aan de uiteinden van de spoel harmonieus gerelateerd te zijn aan de amplitudewaarde van de circuitspanning. Bijgevolg liggen de spanningsschommelingen over de spoel pi-half voor op de stroomschommelingen. Op het moment dat de spanning over de spoel zijn maximum bereikt, is de stroom nul. Op het moment dat de spanning nul wordt, is de stroom maximaal. De waarde van x-el, gelijk aan het product van de cyclische frequentie en inductantie, wordt inductieve reactantie genoemd. De amplitude van de stroom in de spoel kan worden gevonden door de verhouding van de spanningsamplitude tot de inductieve reactantie. Zo ziet de wet van Ohm eruit voor een gelijkstroomcircuit met een spoel. Inductieve reactantie neemt toe met toenemende frequentie, wat betekent dat de spoel goed geleidt laagfrequente trillingen en slecht - hoogfrequent, en voor gelijkstroom is het gelijk aan nul. Laten we eens kijken naar het gebruik van de frequentie-eigenschappen van een condensator en een inductor. Echt elektrische circuits bevatten alle soorten weerstand: actief, inductief, capacitief, daarom hangt de stroom in een echt circuit af van de totale equivalente weerstand.
De condensator geleidt hoogfrequente trillingen goed en laagfrequente trillingen slecht. De spoel is het tegenovergestelde: hij geleidt laagfrequente trillingen goed en hoogfrequente trillingen slecht. Deze eigenschappen maken het mogelijk om verschillende frequentiefilters te creëren: circuits waarmee u laagfrequente en hoogfrequente componenten van het gehele signaal kunt isoleren.
Het oscillerende circuit heeft de opmerkelijke eigenschap dat het onder invloed van resonantie alleen oscillaties met een bepaalde frequentie doorgeeft, afhankelijk van de capaciteit van de condensator en de inductie van de spoel. Deze eigenschappen van de schakeling worden veel gebruikt in radio- en televisie-ontvangst- en zendapparatuur voor signaalselectie.
Taak
De condensator is aangesloten op een wisselstroomcircuit met een frequentie van 200 Hertz. De spanning in het circuit is 40 Volt, de stroom is 0,64 Ampère. Wat is de capaciteit van de condensator?
Als we de wet van Ohm voor een circuit met een oscillerend circuit in gedachten houden, drukken we de capaciteit van de condensator uit als de verhouding van stroom tot spanning en cyclische frequentie. Om de cyclische frequentie te bepalen, moet de AC-frequentie worden gedeeld door twee-pi. We krijgen het resultaat: 0,5 microfarad is de capaciteit van de condensator.

Pagina 3 van 5

Spoel en condensator in een AC-circuit

Kenmerken van wisselstroom zijn veranderingen in de sterkte en richting van de stroom. Deze verschijnselen onderscheiden het van gelijkstroom. Je kunt een batterij bijvoorbeeld niet opladen met wisselstroom. Het kan ook niet voor andere technische doeleinden worden gebruikt.

De sterkte van wisselstroom is niet alleen rechtstreeks afhankelijk van spanning en weerstand, maar ook van de inductie van de geleiders die op het circuit zijn aangesloten. Doorgaans vermindert inductantie de sterkte van wisselstroom aanzienlijk. Omdat de weerstand van het circuit gelijk is aan de verhouding tussen spanning en stroom, zal het aansluiten van een inductor op het circuit de totale weerstand vergroten. Dit zal gebeuren vanwege de aanwezigheid van zelfinductie-EMK, waardoor de stroom niet kan toenemen. Als de spanning verandert, heeft de stroom eenvoudigweg geen tijd om die te bereiken maximale waarden, die ze zou hebben verworven zonder zelfinductie. Hieruit volgt dat hoogste waarde De AC-sterkte wordt beperkt door inductantie, dat wil zeggen: hoe groter de inductantie en frequentie van de spanning, hoe lager de stroomwaarde zal zijn.

Als een reeks condensatoren op een gelijkstroomcircuit is aangesloten, zal er geen stroom in het circuit zijn, omdat de condensatorplaten van elkaar zijn gescheiden door isolerende afstandhouders. Als er een condensator in het circuit zit, kan er geen gelijkstroom bestaan.

Als precies dezelfde accu op een wisselstroomcircuit wordt aangesloten, ontstaat er stroom in. Dit wordt als volgt uitgelegd. Onder invloed van veranderende spanning worden condensatoren geladen en ontladen. Dat wil zeggen, als één plaat van de condensator tijdens een halve cyclus een negatieve lading heeft, dan zal deze in de volgende halve cyclus een positieve lading krijgen. Daarom verplaatst het opladen van de condensator ladingen door het circuit. En dit is elektrische stroom, die kan worden gedetecteerd met behulp van een ampèremeter.

Hoe groter de lading die wordt verplaatst, hoe groter de stroom, dat wil zeggen hoe groter de capaciteit van de condensator en hoe vaker deze wordt opgeladen, hoe groter de frequentie.