Елементи опору, індуктивності та ємності
Електричний опір — фізична величина, що характеризує властивості провідника перешкоджати проходженнюелектричного струмуі дорівнює відношеннюнапругина кінцях провідника досилі струму, що протікає по ньому. Опір для ланцюгів змінного струму та для змінних електромагнітних полів описується поняттями імпедансу та хвильового опору. Опором (резистором) називають радіодеталь, призначену для введення в електричні ланцюги активного опору.
Опір (часто позначається буквоюRабоr) вважається в певних межах постійною величиною для даного провідника; її можна розрахувати як
U-різниця електричних потенціалівна кінцях провідника;
I—сила струму, що протікає між кінцями провідника під дією різниці потенціалів
Реактивний опір —електричний опір, обумовлений передачею енергії змінним струмомелектричномуабо магнітному полю (і назад).
Реактивний опір визначає уявну частину імпедансу:
, де - імпеданс, - величина активного опору, - величина реактивного опору, - уявна одиниця.
Залежно від знака величини будь-якого елемента електричного ланцюга говорять про три випадки:
- - елемент виявляє властивості індуктивності.
- — елемент має суто активний опір.
- - елемент виявляє ємнісні властивості.
Величина реактивного опору може бути виражена через величини індуктивного та ємнісного опорів:
Індуктивний опір ( ) обумовлено виникненням ЕРС самоіндукції в елементі електричного ланцюга. Змінаструму і, як наслідок, зміна його магнітного поля викликає перешкоджає зміні струму ЕРС самоіндукції. Величина індуктивного опору залежить від індуктивності елемента і частоти струму, що протікає:
Ємнісний опір ( ). Величина ємнісного опору залежить від ємності елемента і також частоти струму, що протікає:
Тут - циклічна частота, що дорівнює .
Пряма і зворотна залежність цих опорів від частоти струму призводить до того, що зі збільшенням частоти все більшу роль починає відігравати індуктивний опір і меншу ємнісне.
Електрична ємність - характеристика провідника, міра його здатності накопичувати електричний заряд. Теоретично електричних ланцюгів ємністю називають взаємну ємність між двома провідниками; параметр ємнісного елемента електричної схеми представленого у вигляді двополюсника. Така ємність визначається як відношення величини електричного заряду до різниці потенціалів між цими провідниками.
У системі СІ ємність вимірюється у фарадах. У системі СГС у сантиметрах.
Для одиночного провідника ємність дорівнює відношенню заряду провідника до його потенціалу припущення, що всі інші провідники нескінченно видалені і що потенціал нескінченно віддаленої точки прийнятий рівним нулю. У математичній формі це визначення має вигляд
деQ- заряд,U- потенціал провідника.
Ємність визначається геометричними розмірами та формою провідника та електричними властивостями навколишнього середовища (її діелектричною проникністю) і не залежить від матеріалу провідника. Наприклад, ємність провідної кулі радіусуRдорівнює (у системі СІ):C= 4πε0εR.
Поняття ємності також відноситься до системи провідників, зокрема,до системи двох провідників, поділених діелектриком - конденсатору. У цьому випадкувзаємна ємність цих провідників (обкладок конденсатора) дорівнюватиме відношенню заряду, накопиченого конденсатором, до різниці потенціалів між обкладками.
деS- площа однієї обкладки (мається на увазі, що вони рівні),d- відстань між обкладками,ε- відносна діелектрична проникність середовища між обкладками,ε0= 8.854×10 −12 Ф/м - електрична постійна
Індуктивність (абокоефіцієнт самоіндукції ) — коефіцієнт пропорційності між електричним струмом, що тече в якомусь замкнутому контурі, і магнітним потоком, створюваним цим струмом через поверхню, краєм якої є цей контур.
У формулі
- Магнітний потік,I- струм у контурі,L- індуктивність.
Іноді говорять про індуктивність прямого нескінченного дроту (при цьому мається на увазі магнітний потік, створюваний ним через напівплощину, обмежену їм).
Через індуктивність виражається ЕРС самоіндукції в контурі, що виникає при зміні струму:
.
З цієї формули випливає, що індуктивність чисельно дорівнює ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі за зміни сили струму на 1 А за 1 с.
При заданій силі струму індуктивність визначає енергію магнітного поля струму:
.
Практично ділянки ланцюга зі значною індуктивністю виконують як котушок індуктивності.