Ηλεκτρική εμπέδηση

Η ηλεκτρική αντίσταση είναι το μέγεθος της αντίστασης που παρουσιάζει ένα κύκλωμα στην αλλαγή ρεύματος ή τάσης.

Οι δύο κύριοι τρόποι για να γράψετε μια σύνθετη αντίσταση είναι: (βλέπε το 2ο σχήμα, "επίπεδο σύνθετης σύνθετης αντίστασης")

με την αντίσταση "R" (πραγματικό μέρος) και την αντίδραση "X" (φανταστικό μέρος), για παράδειγμα Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j} $Z=1+1j$
με ένα μέγεθος και μια φάση (το μέγεθος | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert } $\left\vert Z\right\vert$ και η γωνία ∠ θ \displaystyle \angle \theta } $\angle \theta$ ), για παράδειγμα Z = 1.4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }} $Z=1.4\angle 45^{\circ }$ (1,4 ω σε 45 μοίρες)

Η σύνθετη αντίσταση και η αντίσταση είναι αρκετά παρόμοιες:

Στην περίπτωση της αντίστασης, ένας αντιστάτης αντιστέκεται σε κάθε ρεύμα που τον διαπερνά. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση που απαιτείται για την επίτευξη ενός συγκεκριμένου ρεύματος. Ο τύπος είναι ο εξής:

V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I} $V=R*I$ , όπου V είναι η τάση, R είναι η αντίσταση και I είναι το ρεύμα.

Στην περίπτωση της σύνθετης αντίστασης, ένα πηνίο αντιστέκεται στις μεταβολές του ρεύματος και ο πυκνωτής αντιστέκεται στις μεταβολές της τάσης.

Η βασική διαφορά μεταξύ αντίστασης και σύνθετης αντίστασης είναι η λέξη "αλλαγή", ο ρυθμός αλλαγής επηρεάζει τη σύνθετη αντίσταση. Συνήθως η "αλλαγή" εκφράζεται ως συχνότητα, ο αριθμός των φορών ανά δευτερόλεπτο που το ρεύμα ή η τάση αλλάζουν κατεύθυνση. Οι τύποι είναι οι εξής:

Για το πηνίο: Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\,} $Z=j2\pi fL\,$

Για τον πυκνωτή: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}} $Z={\frac {1}{j2\pi fC}}$

Όπου Z είναι το σύμβολο της σύνθετης αντίστασης, j είναι ο φανταστικός αριθμός - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}} ${\sqrt {-1}}$ , π {\displaystyle \pi } $\pi$ είναι η σταθερά pi, f είναι η συχνότητα, L είναι η αυτεπαγωγή και C είναι η χωρητικότητα. Οι μονάδες για την αντίσταση και τη σύνθετη αντίσταση είναι οι ίδιες, το Ω με το σύμβολο Ω {\displaystyle \Omega } $\Omega$ (κεφαλαίο ωμέγα).

Όπως φαίνεται από τους παραπάνω τύπους, η σύνθετη αντίσταση μεταβάλλεται ανάλογα με τη συχνότητα, για παράδειγμα, σε μηδέν Hertz ή DC, η σύνθετη αντίσταση του πηνίου είναι μηδέν, το ίδιο με ένα βραχυκύκλωμα, και η σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή είναι άπειρη, το ίδιο με ένα ανοικτό κύκλωμα. Τα περισσότερα σήματα είναι το άθροισμα πολλών ημιτονοειδών κυμάτων σε διάφορες συχνότητες (δείτε τον μετασχηματισμό Fourier για περισσότερες λεπτομέρειες), και καθένα από αυτά παρουσιάζει διαφορετική σύνθετη αντίσταση.

Ομοίως με την αντίσταση, όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο υψηλότερη είναι η τάση που απαιτείται για την επίτευξη ενός συγκεκριμένου ρεύματος. Ο τύπος είναι ο εξής:

V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I} $V=Z*I$ , όπου V είναι η τάση, Z είναι η σύνθετη αντίσταση και I είναι το ρεύμα.

Σε φυσικό επίπεδο, απλοποιώντας πολλά πράγματα:

η αντίσταση προκαλείται από τις συγκρούσεις των ηλεκτρονίων με τα άτομα στο εσωτερικό των αντιστάσεων.
η σύνθετη αντίσταση σε έναν πυκνωτή προκαλείται από τη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου.
η σύνθετη αντίσταση σε ένα πηνίο προκαλείται από τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου.

Μια σημαντική διαφορά μεταξύ της αντίστασης και της σύνθετης αντίστασης είναι ότι ένας αντιστάτης διαχέει ενέργεια, θερμαίνεται, αλλά ένα πηνίο και ένας πυκνωτής αποθηκεύουν την ενέργεια και μπορούν να την επιστρέψουν στην πηγή όταν αυτή πέσει.

Εάν η σύνθετη αντίσταση της πηγής, του καλωδίου και του φορτίου δεν είναι όλες ίσες, τότε ένα μέρος του σήματος ανακλάται πίσω στην πηγή, σπαταλώντας ενέργεια και δημιουργώντας παρεμβολές. Ο λόγος της ανάκλασης μπορεί να υπολογιστεί με:

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}} $\Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}$ όπου Γ {\displaystyle \Gamma }} $\Gamma$ (γάμμα κεφαλαίου) είναι ο συντελεστής ανάκλασης, Z S {\displaystyle Z_{S}} $Z_{S}$ είναι η σύνθετη αντίσταση της πηγής, Z L {\displaystyle Z_{L}} $Z_{L}$ είναι η σύνθετη αντίσταση του φορτίου.

Κάθε μέσο που μπορεί να έχει κύμα έχει κυματική αντίσταση, ακόμη και ο κενός χώρος (το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα και μπορεί να ταξιδέψει στο χώρο) έχει αντίσταση περίπου 377 Ω. $\Omega$ .

Ένα σήμα ανακλάται εν μέρει πίσω, όπου αλλάζει η σύνθετη αντίσταση.

Μια παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος που εφαρμόζει τάση V {\displaystyle \scriptstyle V} $\scriptstyle V$ , σε μια αντίσταση Z {\displaystyle \scriptstyle Z} $\scriptstyle Z$ , οδηγώντας ένα ρεύμα I {\displaystyle \scriptstyle I} $\scriptstyle I$

Γραφική αναπαράσταση του επιπέδου σύνθετης σύνθετης αντίστασης

Φάση

Απέναντι από έναν αντιστάτη, τόσο η τάση όσο και το ρεύμα ανεβοκατεβαίνουν ταυτόχρονα, λέγεται ότι είναι σε φάση, αλλά με μια αντίσταση είναι διαφορετικά, η τάση μετατοπίζεται κατά 1/4 του μήκους κύματος πίσω από το ρεύμα σε έναν πυκνωτή και μπροστά σε ένα πηνίο.

Ένα μήκος κύματος 1/4 αναπαρίσταται συνήθως με τον φανταστικό αριθμό "j", ο οποίος είναι επίσης ισοδύναμος με μια μετατόπιση 90 μοιρών.

Η χρήση του φανταστικού αριθμού "j" κάνει τα μαθηματικά πολύ απλούστερα, επιτρέπει τον υπολογισμό της συνολικής αντίστασης με τον ίδιο τρόπο που γίνεται με τους αντιστάτες, για παράδειγμα ένας αντιστάτης συν μια αντίσταση σε σειρά είναι R+Z, και παράλληλα είναι (R*Z)/(R+Z).

Σε έναν πυκνωτή (επάνω), η τάση (κόκκινο) αλλάζει μετά το ρεύμα (μπλε), ενώ σε ένα πηνίο (κάτω) πριν. Η διαφορά φάσης μεταξύ της τάσης και του ρεύματος είναι 1/4 του μήκους κύματος.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ε: Τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση;

A: Η ηλεκτρική αντίσταση είναι η ποσότητα αντίστασης που παρουσιάζει ένα κύκλωμα στην αλλαγή ρεύματος ή τάσης.

Ε: Πώς μπορεί να γραφτεί η ηλεκτρική σύνθετη αντίσταση;

A: Η ηλεκτρική σύνθετη αντίσταση μπορεί να γραφτεί με την αντίσταση "R" (πραγματικό μέρος) και την αντίδραση "X" (φανταστικό μέρος), καθώς και με μέγεθος, φάση, μέγεθος και γωνία.

Ερ: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αντίστασης και της σύνθετης αντίστασης;

Α: Η βασική διαφορά μεταξύ αντίστασης και σύνθετης αντίστασης είναι η λέξη "μεταβολή"- με άλλα λόγια, ο ρυθμός μεταβολής επηρεάζει τη σύνθετη αντίσταση. Η αντίσταση αντιστέκεται σε κάθε ρεύμα που τη διαρρέει, ενώ ένα πηνίο αντιστέκεται στις αλλαγές του ρεύματος και ένας πυκνωτής στις αλλαγές της τάσης.

Ερ: Ποιοι είναι ορισμένοι τύποι που σχετίζονται με την αντίσταση και τη σύνθετη αντίσταση;

A: Για την αντίσταση, V=R*I όπου V είναι η τάση, R είναι η αντίσταση και I είναι το ρεύμα- για τα πηνία Z=j2πfL- για τους πυκνωτές Z=1/j2πfC- όπου Z αντιπροσωπεύει την αντίσταση, j αντιπροσωπεύει τον φανταστικό αριθμό -1 , π αντιπροσωπεύει τη σταθερά pi, f αντιπροσωπεύει τη συχνότητα, L αντιπροσωπεύει την αυτεπαγωγή, C αντιπροσωπεύει τη χωρητικότητα.

Ερ: Ποιες είναι ορισμένες φυσικές εξηγήσεις για την αντίσταση έναντι της σύνθετης αντίστασης;

Α: Η αντίσταση προκαλείται από τα ηλεκτρόνια που συγκρούονται με τα άτομα στο εσωτερικό των αντιστάσεων, ενώ η αντίσταση ενός πηνίου προέρχεται από τη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου και ενός πυκνωτή από τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου. Επιπλέον, οι αντιστάσεις διαχέουν ενέργεια, ενώ τα πηνία και οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια, η οποία μπορεί στη συνέχεια να επιστραφεί στην πηγή όταν αυτή πέσει.

Ερ: Πώς υπολογίζεται ο συντελεστής ανάκλασης;

Α: Ο συντελεστής ανάκλασης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τη σχέση Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS) όπου Γ (κεφαλαίο γάμμα) συμβολίζει τον συντελεστή ανάκλασης- ZS συμβολίζει τη σύνθετη αντίσταση της πηγής- ZL συμβολίζει τη σύνθετη αντίσταση του φορτίου.