Rezonansas kintamosios srovės grandinėje

Šioje temoje supažindinama su talpine varža, jos ryšiu su įtampa ir srove, bei elektriniu rezonansu kintamosios srovės grandinėje. Aiškinamasi, kaip apskaičiuoti talpinę varžą, kaip kinta įtampa kondensatoriuje, bei kaip rezonansas pasireiškia, kai išorinės įtampos dažnis sutampa su grandinės savuoju dažniu. Taip pat aptariamas rezonanso taikymas praktikoje, pavyzdžiui, radijo imtuvuose.

Elektrinio rezonanso aiškinimas
Elektrinis rezonansas nagrinėjamas nuosekliajame virpesių kontūre, sudarytame iš ritės (induktyvumo \(L\)), kondensatoriaus (talpos \(C\)) ir aktyviosios varžos (\(R\)). Grandinės pilnutinė varža (\(Z\)) apskaičiuojama atsižvelgiant į fazių skirtumą tarp srovės ir įtampos: \(Z = \sqrt{R^2 + (\omega L - 1/(\omega C))^2}\). Srovės stiprio amplitudė (\(I_m\)) yra tiesiogiai proporcinga įtampos amplitudei (\(U_m\)) ir atvirkščiai proporcinga grandinės pilnutinei varžai (\(Z\)).
Elektrinio rezonanso dažnis (Skaičiavimas)
Jei į elektrinę grandinę įjungtas \(5 \mu F\) talpos kondensatorius ir \(0,01 H\) induktyvumo ritė, rezonansas įvyks, kai elektros srovės kitimo dažnis bus apytiksliai 0,5 kHz (apskaičiuojama pagal rezonansinio dažnio formulę).
Elektrinio rezonanso taikymas
Elektrinis rezonansas plačiai taikomas radiotechnikoje, pavyzdžiui, radijo imtuvuose, stiprintuvuose ir aukštojo dažnio virpesių generatoriuose. Radijo ryšyje rezonansas naudojamas išskirti norimos radijo stoties signalą iš daugelio kitų signalų.
Elektrinis rezonansas kintamosios srovės grandinėje
Elektrinis rezonansas – tai reiškinys, kai kintamosios srovės grandinėje, turinčioje induktyvumą ir talpą, srovės stiprio amplitudė staigiai padidėja, kai išorinės kintamosios įtampos dažnis sutampa su grandinės savuoju dažniu.
Induktyviosios ir talpinės varžos kitimas
Ritės induktyvioji varža (\(X_L\)) didėja, didėjant šaltinio įtampos dažniui (\(X_L = 2\pi fL\)). Kondensatoriaus talpinė varža (\(X_C\)) mažėja, didėjant šaltinio įtampos dažniui (\(X_C = 1/(2\pi fC)\)).
Įtampos rezonanso metu
Elektrinio rezonanso metu padidėja ne tik srovės stipris, bet ir kondensatoriaus bei ritės gnybtų įtampos. Šios įtampos tampa lygios (\(U_c = U_l\)) ir gali būti daug kartų didesnės už išorinę įtampą (\(U\)).
Kondensatoriaus įtampos ir srovės ryšys
Kondensatoriaus gnybtų įtampos ir srovės stiprio efektinės vertės yra susijusios, kai į aktyviąją kondensatoriaus varžą galima nekreipti dėmesio. Įtampos ir srovės fazės skiriasi \(90\) laipsnių.
Kondensatoriaus įtampos kitimo dėsnis
Jei srovės stipris grandinėje su kondensatoriumi kinta pagal tam tikrą dėsnį (pvz., \(i = 5\cos(20t)\)), kondensatoriaus gnybtų įtampos kitimo dėsnis gali būti nustatytas, atsižvelgiant į kondensatoriaus talpą ir srovės kitimo dėsnį.
Kondensatoriaus talpos apskaičiavimas
Žinant kintamosios įtampos tinklo parametrus (dažnį, įtampą) ir srovės stiprio efektinę vertę, galima apskaičiuoti kondensatoriaus talpą. Pavyzdžiui, kondensatorius, įjungtas į \(50 \text{ Hz}\) dažnio tinklą, kurio įtampa \(380 \text{ V}\), o srovė 5 A, turi apie \(60 \text{ μF}\) talpą.
Kondensatoriaus varža kintamosios įtampos tinkle
Kondensatoriaus varža kintamosios įtampos tinkle priklauso nuo kondensatoriaus talpos ir tinklo dažnio. Pavyzdžiui, \(5 \mu F\) talpos kondensatoriaus, įjungto į \(50 \text{ Hz}\) dažnio tinklą, varža yra apie \(0,7 \text{ k}\Omega\).
Reiškinio paaiškinimas (Lemputės šviesumas)
Nuosekliojoje kintamosios srovės grandinėje, sudarytoje iš lemputės, ritės, kondensatoriaus ir srovės šaltinio, lemputės šviesumas kinta, kai į ritę kišama šerdis. Tai atsitinka dėl to, kad keičiantis ritės induktyvumui, keičiasi ir induktyvioji varža, o tai veikia grandinės rezonansą. Pradžioje, artėjant prie rezonanso, srovė stiprėja, todėl lemputė šviečia ryškiau. Vėliau, nutolstant nuo rezonanso, srovė silpnėja, ir lemputė gęsta.
Rezonanso kreivė
Rezonanso kreivė vaizduoja srovės stiprio virpesių amplitudės priklausomybę nuo išorinės įtampos kitimo dažnio. Kai grandinės aktyvioji varža maža, rezonanso kreivė yra aštri, o srovės stipris rezonanso metu gali būti labai didelis. Didėjant aktyviajai varžai, rezonanso kreivė platėja, o didžiausia srovės stiprio vertė mažėja.
Rezonanso sąlyga
Rezonansas įvyksta, kai išorinės kintamosios įtampos dažnis (\(\omega\)) sutampa su virpesių kontūro savuoju dažniu (\(\omega_0\)): \(\omega = \omega_0 = 1/\sqrt{LC}\). Šiuo atveju induktyvioji varža lygi talpinei varžai (\(\omega L = 1/(\omega C)\)), o srovės stipris grandinėje pasiekia didžiausią vertę (\(I_m = U_m / R\)).
Talpinė varža
Talpinė varža yra kondensatoriaus savybė priešintis kintamajai elektros srovei. Ši varža yra atvirkščiai proporcinga kondensatoriaus talpai ir atvirkščiai proporcinga kintamosios srovės dažniui.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com