Індуктивний опір в колі змінного струму

Опір в електричних ланцюгах буває двох видів - активний і реактивний. Активне представлено резисторами, лампами розжарювання, нагрівальними спіралями та ін. Іншими словами, всіма елементами, в яких протікає струм безпосередньо виконує корисну роботу або, окремий випадок, викликає бажаний нагрів провідника. У свою чергу, реактивне - це узагальнюючий термін. Під ним розуміють ємнісне і індуктивний опір. В елементах ланцюга, що володіють реактивним опором, при проходженні електричного струму відбуваються різні проміжні перетворення енергії. Конденсатор (ємність) накопичує заряд, а потім віддає його в контур. Інший приклад - індуктивний опір котушки, в якій частина електричної енергії перетворюється в магнітне поле.

Насправді «чистих» активних або реактивних опорів немає. Завжди присутній протилежна складова. Наприклад, при розрахунку проводів для ліній електропередач великої протяжності, враховують не тільки активний опір, але і ємнісне. А розглядаючи індуктивний опір, потрібно пам`ятати, що як провідники, так і джерело живлення вносять свої корективи в розрахунки.

Визначаючи загальний опір ділянки кола, необхідно скласти активну і реактивну складові. Причому, отримати пряму суму звичайним математичним дією неможливо, тому використовують геометричний (векторний) спосіб додавання. Виконують побудову прямокутного трикутника, два катета якого являють собою активне і індуктивний опір, а гіпотенуза - повне. Довжина відрізків відповідає діючим значенням.

Розглянемо індуктивний опір в колі змінного струму. Уявімо найпростішу ланцюг, що складається з джерела живлення (ЕРС, E), резистора (активна складова, R) і котушки (індуктивність, L). Так як індуктивний опір виникає завдяки ЕРС самоіндукції (E сі) в витках котушки, то очевидно, що воно зростає із збільшенням індуктивності ланцюга і зростанням значення протікає по контуру струму.

Закон ома для такого ланцюга виглядає як:

E + E сі = I * R.

Визначивши похідну струму від часу (I пр), можна обчислити самоіндукції:

E сі = -L * I пр.

Знак «-» в рівнянні вказує на те, що дія E сі спрямоване проти зміни значення струму. Правило Ленца свідчить, що при будь-якій зміні струму виникає ЕРС самоіндукції. А так як такі зміни в ланцюгах змінного струму природні (і постійно відбуваються), то E сі формує істотний протидія або, що також вірно, опір. У разі джерела живлення постійного струму дана залежність не виконується і при спробі підключити котушку (індуктивність) в подібну ланцюг сталося б класичне к.з.

Для подолання E сі джерело живлення повинен створювати на висновках котушки таку різницю потенціалів, щоб її вистачило, як мінімум, на компенсацію опору E сі. Звідси випливає:

U кат = -E сі.

Іншими словами, напруга на індуктивності чисельно одно електрорушійної силі самоіндукції.

Так як з ростом струму в ланцюзі збільшується магнітне поле, в свою чергу генерує вихровий поле, що викликає зростання противотока в індуктивності, то можна сказати, що має місце зсув фаз між напругою і струмом. Звідси випливає одна особливість: оскільки ЕРС самоіндукції перешкоджає будь-якої зміни струму, то при його зростанні (перша чверть періоду на синусоїді) відбувається генерація полем противотока, а от при падінні (друга чверть) навпаки - індукований струм сонаправлени з основним. Тобто, якщо теоретично припустити існування ідеального джерела живлення без внутрішнього опору і індуктивність без активної складової, то коливання енергії «джерело - котушка» могли б відбуватися необмежений час.