Ressonància de corrents

Connexió en paral·lel d'un condensador i un inductor en un circuit de corrent altern

Considereu els fenòmens de la cadena corrent alternque conté un generador, un condensador i un inductor connectats en paral·lel. Suposem que el circuit no té resistència activa.

Òbviament, en aquest circuit, la tensió tant de la bobina com del condensador en qualsevol moment és igual a la tensió desenvolupada pel generador.

El corrent total en un circuit està format pels corrents en les seves branques. El corrent a la branca inductiva endarrereix la tensió en fase una quarta part del període, i el corrent a la branca capacitiva la porta el mateix quart del període. Per tant, els corrents a les branques en qualsevol instant de temps resulten estar desfasats entre si en mig període, és a dir, estan en antifase. Així, els corrents de les branques en qualsevol moment es dirigeixen entre si, i el corrent total a la part no ramificada del circuit és igual a la seva diferència.

Això ens dóna dret a escriure la igualtat I = IL -circuit integral

on jo- valor efectiu del corrent total del circuit, I L i circuit integrat — valors efectius de corrents a les branques.

Utilitzant la llei d'Ohm per determinar els valors efectius del corrent a les branques, obtenim:

Il = U / XL i Az° C = U / XC

Si el circuit està dominat per la resistència inductiva, és a dir. XL Més ▼ XC, el corrent a la bobina és menor que el corrent al condensador; per tant, el corrent a la secció no ramificada del circuit és de naturalesa capacitiva i el circuit en conjunt per al generador serà capacitiu. Per contra, amb XC més gran que XL, el corrent al condensador és menor que el corrent a la bobina; per tant, el corrent a la secció no ramificada del circuit és inductiu i el circuit en conjunt per al generador serà inductiu.

No s'ha d'oblidar que en ambdós casos la càrrega és reactiva, és a dir. el circuit no consumeix la potència del generador.

Ressonància de corrents

Considerem ara el cas en què el condensador i la bobina connectats en paral·lel van resultar ser iguals en la seva reactància, és a dir. XlL = X°C.

Si, com abans, suposem que la bobina i el condensador no tenen resistència activa, aleshores si les seves reaccions són iguals (YL = Y° C) el corrent total a la part no ramificada del circuit serà zero, mentre que a les branques iguals. els corrents fluiran amb major magnitud. En aquest cas, el fenomen dels corrents de ressonància es produeix al circuit.

A la ressonància actual, els valors efectius dels corrents de cada branca, determinats per les relacions IL = U / XL i Аz° С = U / XC, seran iguals entre si, de manera que XL = XC.

La conclusió a la qual vam arribar pot semblar força estranya a primera vista. De fet, el generador està carregat amb dues resistències i no hi ha corrent a la part no ramificada del circuit, mentre que els corrents iguals i, a més, els més grans circulen a les resistències mateixes.

Això s'explica pel comportament del camp magnètic de la bobina i camp elèctric d'un condensador… En ressonància de corrents, com en ressonància de voltatge, hi ha una fluctuació d'energia entre el camp de la bobina i el camp del condensador. El generador, després de comunicar l'energia al circuit, sembla estar aïllat. Es pot apagar completament i el corrent a la part ramificada del circuit es mantindrà sense generador per l'energia que el circuit emmagatzema inicialment. A més, la tensió als terminals del circuit es mantindrà exactament igual que la desenvolupada pel generador.

Així, quan l'inductor i el condensador estan connectats en paral·lel, hem obtingut un circuit oscil·lador que es diferencia del descrit anteriorment només en què el generador que crea les oscil·lacions no està connectat directament al circuit i el circuit està tancat. Gràfics de corrents, voltatge i potència en el circuit a la ressonància dels corrents: a — la resistència activa és igual a zero, el circuit no consumeix energia; b: el circuit té una resistència activa, ha aparegut un corrent a la part no ramificada del circuit, el circuit consumeix energia

L, C i e, en què es produeix la ressonància de corrent, estan determinats, com en la ressonància de tensió (si descuidem la resistència activa del circuit), per la igualtat:

ωL = 1 / ω° C

Per tant:

eres = 1 / 2π√LC

Lres = 1 / ω2C

Peça = 1 / ω2L

Canviant qualsevol d'aquestes tres magnituds, es pot aconseguir la igualtat Xl = X° C, és a dir, convertir el circuit en un circuit oscil·lant.

Així doncs, tenim un circuit oscil·lant tancat en el qual podem induir oscil·lacions elèctriques, és a dir. corrent altern. I si no fos per la resistència activa que posseeix cada circuit oscil·lant, hi podria existir un corrent altern contínuament.La presència de resistència activa fa que les oscil·lacions del circuit disminueixin gradualment i, per mantenir-les, es necessita una font d'energia: un alternador.

En circuits de corrent no sinusoïdals, els modes de ressonància són possibles per a diversos components harmònics.

Els corrents ressonants s'utilitzen àmpliament a la pràctica. El fenomen de la ressonància actual s'utilitza en els filtres de pas de banda com a "pinça" elèctrica que retarda una determinada freqüència. Com que hi ha una resistència de corrent important a la freqüència f, la caiguda de tensió en el circuit a la freqüència f serà màxima. Aquesta propietat del bucle s'anomena selectivitat, s'utilitza en receptors de ràdio per aïllar el senyal d'una estació de ràdio concreta. Un circuit oscil·lant que funciona en un mode ressonant de corrents és un dels components principals generadors electrònics.