8. Індуктивний опір у колах однофазного змінного струму

Коло з індуктивним опором мусить мати значну індуктивність і дуже малі значення опорів Rc i R (наприклад, котушка індуктивності). Зі зміною струму за гармонічним законом: I = Imaxsinwt; ЕРС самоіндукції:

ei = – LI' = – LwImaxcoswt.

Оскільки U = – ei, то напруга на кінцях котушки:

U = LwImaxcoswt = LwImaxsin(wt + p/2) = Umaxsin(wt + p/2),

де Umax = LwImax -амплітуда напруги.

Відповідно коливання струму відстають від коливань напруги на p/2 (рис.5).

Амплітуда струму в котушці дорівнює:

.

Рис.5.

Індуктивний опір залежить від частоти. Якщо електричне поле містить ємнісний і індуктивний опори, це означає, що в колі є реактивний опір (рис.5).

9. Ємність у колах змінного струму

Вважатимемо, що у конденсаторі з ідеальним діелектриком не­має струму провідності й втрат енергії. Зміна напруги між обкладками конденсаторасупроводиться електричним струмом зміщення, значення якого залежить від ємності С. При напрузі на конденсаторі (рис. 13.7, а) й  визначимо, струм і потужність.

Електричний струм зміщення

При усякій зміні електричного поля змінюється поляризованість діелектрика, причому зв'язані заряджені частинки, які входять до скла­ду атомів і молекул речовини, переміщуються, утворюючи електрич­ний струм.

Явище руху зв'язаних заряджених частинок в діелектрику при зміні поля­ризації діелектрика називають електричним струмом поляризації.

Струм у колі з ємністю

Заряд конденсатора пропорційний напрузі між його обкладками [див. формулу (7.28)], Тому зміна напруги супроводиться зміною заряду:

Швидкість зміни заряду пропорційна швидкості зміни напруги:

Проте швидкість зміни заряду дорівнює електричному струму [див. формулу. (2.2)]:

При цьому в зовнішній щодо конденсатора ділянці кола відбува­ється рух електронів (струм провідності) через джерело. Одночасно при збільшенні напруги здійснюється поляризація діелектрика в кон­денсаторі й виникає струм зміщення. При зменшенні напруги діелек-4 трикдеполяризується. -

Отже, струм у колі з конденсатором пропорційний швидкості зміни напруги на його обкладках.

Рівняння (13.8) за формою подібне до рівняння (13.5). Тому характер зміни струму при синусоїдній напрузі можна простежити на векторній діаграмі аналогічно тому, як це зроблено при розгляді кола з індуктивністю (див. рис. 13.5), віднісши міркування до швидкості зміни напруги.

Ємнісний опір

Величина амплітудою струму. Поділивши цей еираз на ]/!2, матимемо

Величину 1/(соС) позначають Хс і називають реактивним опором ємності, або ємнісним опор о м.  Ємнісний опір — величина, . обернена добутку ємності й кутової частоти.

Діючий струм в колі з ємністю дорівнює відношенню діючої напруги до ємнісного опору

Формула (13.10) за формою збігається з формулою Ома. Протемнісний опір фізично нічого спільного із звичайним опором R не має.

Поняття про ємнісний опір, введене для лолегшення розрахунків, відбиває в розрахунку протидії зарядженого конденсатора струму в колі.

Зіставлення рівнянь напруги і струму показує, щоб колі з ємністю напруга відстає від струму за фазою на чверть періоду, або в кутовій мірі на п/2. На рис. 13.7, б, в це показано на графіку і векторній діа­грамі.

Отже, у колі з ємністю, так само як і в.колі з індуктивністю, елек­трична енергія на інші види енергії (теплову, механічну) не перетво­рюється.