การสั่นพ้องของกระแสน้ำ

การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

พิจารณาปรากฏการณ์ในห่วงโซ่ กระแสสลับประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำต่อขนานกัน สมมติว่าวงจรไม่มีความต้านทาน

เห็นได้ชัดว่าในวงจรดังกล่าวแรงดันไฟฟ้าของทั้งขดลวดและตัวเก็บประจุจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

กระแสรวมในวงจรประกอบด้วยกระแสในแขนงของมัน กระแสในสาขาอุปนัยล่าช้าแรงดันไฟฟ้าในเฟสหนึ่งในสี่ของช่วงเวลาและกระแสในสาขาตัวเก็บประจุจะนำไปสู่ไตรมาสเดียวกันของช่วงเวลา ดังนั้นกระแสในสาขา ณ ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งจึงกลายเป็นเฟสที่สัมพันธ์กันในครึ่งช่วงเวลานั่นคือพวกมันอยู่ในแอนติเฟส ดังนั้นกระแสในกิ่งก้านจะพุ่งเข้าหากัน ณ เวลาใด ๆ และกระแสรวมในส่วนที่ไม่ได้แยกของวงจรจะเท่ากับความแตกต่าง

สิ่งนี้ทำให้เรามีสิทธิ์เขียนความเท่าเทียมกัน I = IL -วงจรอินทิกรัล

ที่ฉัน— ค่าประสิทธิผลของกระแสรวมในวงจร, I L และวงจรรวม — ค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแสในสาขา

ใช้กฎของโอห์มเพื่อกำหนดค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแสในสาขา เราได้รับ:

Il = U / XL และ Az° C = U / XC

หากวงจรถูกครอบงำด้วยความต้านทานแบบอุปนัย เช่น XL เพิ่มเติม ▼ XC กระแสในขดลวดน้อยกว่ากระแสในตัวเก็บประจุ ดังนั้นกระแสในส่วนที่ไม่ได้แยกส่วนของวงจรจึงเป็นแบบคาปาซิทีฟโดยธรรมชาติ และวงจรโดยรวมสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเป็นคาปาซิทีฟ ในทางกลับกัน เมื่อ XC มากกว่า XL กระแสในตัวเก็บประจุจะน้อยกว่ากระแสในขดลวด ดังนั้นกระแสในส่วนที่ไม่ได้แบรนช์ของวงจรจึงเป็นแบบเหนี่ยวนำ และวงจรโดยรวมสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเป็นแบบเหนี่ยวนำ

ไม่ควรลืมว่าในทั้งสองกรณี โหลดมีปฏิกิริยา เช่น วงจรไม่ใช้พลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การสั่นพ้องของกระแสน้ำ

ให้เราพิจารณากรณีที่ตัวเก็บประจุและขดลวดเชื่อมต่อแบบขนานมีค่ารีแอกแตนซ์เท่ากัน เช่น XlL = X°ซ.

หากก่อนหน้านี้เราสันนิษฐานว่าขดลวดและตัวเก็บประจุไม่มีความต้านทานที่ใช้งานอยู่ ถ้าปฏิกิริยาของพวกมันเท่ากัน (YL = Y° C) กระแสรวมในส่วนที่ไม่แตกแขนงของวงจรจะเป็นศูนย์ ในขณะที่กิ่งเท่ากัน กระแสน้ำจะไหลแรงที่สุด ในกรณีนี้ปรากฏการณ์ของกระแสเรโซแนนซ์เกิดขึ้นในวงจร

ที่เรโซแนนซ์ปัจจุบัน ค่าประสิทธิผลของกระแสในแต่ละสาขาที่กำหนดโดยอัตราส่วน IL = U / XL และ Аz° С = U / XC จะเท่ากัน ดังนั้น XL = XC

ข้อสรุปที่เราได้รับอาจดูค่อนข้างแปลกเมื่อมองแวบแรก ในความเป็นจริง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกโหลดด้วยตัวต้านทานสองตัว และไม่มีกระแสไฟฟ้าในส่วนที่ไม่แตกแขนงของวงจร ในขณะที่เท่ากันและยิ่งกว่านั้น กระแสที่ใหญ่ที่สุดจะไหลในตัวต้านทาน

สิ่งนี้อธิบายได้จากพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กของขดลวดและ สนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ… ที่กำทอนของกระแสน้ำ เช่น เรโซแนนซ์ของแรงดันไฟฟ้ามีความผันผวนของพลังงานระหว่างสนามของขดลวดและสนามของตัวเก็บประจุ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หลังจากสื่อสารพลังงานไปยังวงจรแล้ว ดูเหมือนว่าจะแยกออกจากกัน สามารถปิดได้อย่างสมบูรณ์และกระแสในส่วนที่แตกแขนงของวงจรจะได้รับการบำรุงรักษาโดยไม่ต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยพลังงานที่วงจรจัดเก็บไว้ในตอนแรก นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมขั้วของวงจรจะยังคงเท่าเดิมทุกประการกับแรงดันที่พัฒนาโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ดังนั้น เมื่อตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนาน เราจึงได้วงจรออสซิลเลเตอร์ที่แตกต่างจากที่อธิบายไว้ข้างต้น เพียงแต่ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สร้างการสั่นไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับวงจรและวงจรจะปิด กราฟของกระแส แรงดัน และพลังงานในวงจรที่เรโซแนนซ์ของกระแส: a — ความต้านทานที่ใช้งานมีค่าเท่ากับศูนย์ วงจรไม่ใช้พลังงาน b — วงจรมีความต้านทานแบบแอกทีฟ มีกระแสปรากฏขึ้นในส่วนที่ไม่แตกแขนงของวงจร วงจรใช้พลังงาน

L, C และ e ซึ่งเสียงสะท้อนที่เกิดขึ้นในปัจจุบันถูกกำหนดเช่นเดียวกับการสั่นพ้องของแรงดันไฟฟ้า (หากเราละเลยความต้านทานที่ใช้งานของวงจร) โดยความเท่าเทียมกัน:

ωL = 1 / ω° C

ดังนั้น:

เอเรส = 1 / 2π√LC

Lres = 1 / ω2C

ชิ้น = 1 / ω2L

โดยการเปลี่ยนปริมาณใดๆ ในสามปริมาณนี้ จะทำให้ได้ค่าความเท่ากัน Xl = X° C นั่นคือเปลี่ยนวงจรเป็นวงจรสั่น

ดังนั้นเราจึงมีวงจรการสั่นแบบปิดซึ่งเราสามารถเหนี่ยวนำการสั่นทางไฟฟ้าได้ เช่น กระแสสลับ. และถ้าไม่ใช่เพราะความต้านทานแบบแอกทีฟซึ่งวงจรออสซิลเลตทุกวงจรมีอยู่ กระแสสลับก็อาจมีอยู่ในวงจรนั้นอย่างต่อเนื่องการปรากฏตัวของความต้านทานแบบแอ็คทีฟนำไปสู่ความจริงที่ว่าการสั่นในวงจรค่อยๆ ตายลง และเพื่อรักษาพวกมันไว้ จึงจำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงาน - เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

ในวงจรกระแสที่ไม่ใช่ไซน์ไซด์ สามารถใช้โหมดเรโซแนนซ์สำหรับส่วนประกอบฮาร์มอนิกต่างๆ ได้

กระแสเรโซแนนซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ ปรากฏการณ์ของเรโซแนนซ์ปัจจุบันใช้ในตัวกรองแบนด์พาสเป็น "แคลมป์" ทางไฟฟ้าที่หน่วงความถี่หนึ่งๆ เนื่องจากมีความต้านทานกระแสไฟฟ้าที่สำคัญที่ความถี่ f แรงดันตกในวงจรที่ความถี่ f จึงมีค่าสูงสุด คุณสมบัติของลูปนี้เรียกว่าหัวกะทิ ใช้ในเครื่องรับวิทยุเพื่อแยกสัญญาณของสถานีวิทยุเฉพาะ วงจรสั่นที่ทำงานในโหมดเรโซแนนซ์ของกระแสเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์.