Что такое активное и реактивное сопротивление: различия и примеры

Что такое сопротивление?

Ток, протекая через провода и различные радиодетали, тратит свою энергию. Это явление количественно выражается величиной сопротивления. В электротехнике его разделяют на активное и реактивное сопротивление. В первом случае при прохождении тока часть его энергии превращается в тепловой вид, а иногда и в другие (например, проявляется в химических реакциях). Величина активного сопротивления зависит от частоты переменного электротока и возрастает с ее увеличением.

Второй тип сопротивления имеет более сложную природу и возникает в момент включения или выключения потребителя электроэнергии в сеть переменного или постоянного тока. В цепи с реактивным сопротивлением энергия электрического тока частично превращается в другую форму, а затем переходит обратно, то есть, наблюдается периодический колебательный процесс. Полное сопротивление цепи включает в себя активный и реактивный типы, которые учитываются по особым правилам.

Определение активного и реактивного сопротивления

В электрических цепях сопротивление является одним из основных показателей, характеризующих поведение тока и напряжения. Однако сопротивление может быть разделено на две компоненты: активное и реактивное.

Активное сопротивление, обозначаемое символом R, измеряется в омах (Ω). Оно характеризует энергетические потери, которые происходят в электрической цепи и связаны с преобразованием электрической энергии в другие виды энергии, например, в тепло или свет. Активное сопротивление определяет силу тока, протекающего в цепи, и описывает потери энергии в виде тепла, которые возникают при протекании тока через материалы сопротивления.

Реактивное сопротивление, обозначаемое символом X, измеряется в омах (Ω) и включает в себя индуктивное (XL) и емкостное (XC) сопротивления. Оно связано с электромагнитными явлениями, такими как индуктивность и емкость, которые возникают в электрической цепи и приводят к накоплению и отдаче энергии. Реактивное сопротивление определяет фазовую разницу между током и напряжением в цепи и описывает обмен энергией между источником и нагрузкой.

Активное и реактивное сопротивление вместе образуют комплексное сопротивление, которое обозначается символом Z. Комплексное сопротивление позволяет описывать электрическую цепь в терминах силы тока и фазового сдвига между током и напряжением.

В основном, активное сопротивление используется для описания потерь энергии, а реактивное сопротивление — для описания электромагнитных явлений в цепи. Оба этих показателя играют важную роль в анализе и проектировании электрических цепей и помогают в оптимизации энергетических систем.

Отличия активного и реактивного сопротивления

Активное сопротивление                                    Реактивное сопротивление

Представляет собой величину потерь энергии в виде тепла в цепи.	Представляет собой величину энергии, которая переходит между системой переменного тока и ее источником, без теряющихся участков.
Измеряется в омах.	Измеряется в реактивных омах (варах).
Примером активного сопротивления является сопротивление обычного проводника.	Примером реактивного сопротивления является индуктивность или ёмкость.
Преобразует электрическую энергию в другие виды энергии.	Позволяет хранить или выделять энергию, в зависимости от вида реактивного сопротивления.

Таким образом, активное и реактивное сопротивление выполняют разные функции в электрических цепях. Активное сопротивление отвечает за потерю энергии, в то время как реактивное сопротивление управляет перетеканием энергии между системой переменного тока и источником.

Индуктивное сопротивление

Реактивное сопротивление подразделяется на два основных вида – индуктивное и емкостное.

При рассмотрении первого варианта следует отметить возникновение в индуктивной обмотке магнитного поля под действием переменного тока. В результате, в ней образуется ЭДС самоиндукции, направленной против движения тока при его росте, и по ходу движения при его уменьшении. Таким образом, при всех изменениях тока и наличии взаимосвязей, ЭДС оказывает на него противоположное действие и приводит к созданию индуктивного сопротивления катушки.

Под влиянием ЭДС самоиндукции энергия магнитного поля обмотки возвращается в электрическую цепь. То есть, между источником питания и обмоткой происходит своеобразный обмен энергией. Это дает основание полагать, что катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением.

В качестве типичного примера можно рассмотреть действие реактивного сопротивления в трансформаторе. Данное устройство имеет общий магнитопровод, с расположенными на нем двумя обмотками или более, имеющими общую зависимость. На одну из них поступает электроэнергия из внешнего источника, а из другой выходит уже трансформированный ток.

Под действием первичного тока, проходящего по катушке, в магнитопроводе и вокруг него происходит наведение магнитного потока. В результате пересечения витков вторичной обмотки, в ней формируется вторичный ток. При невозможности создания идеальной конструкции трансформатора, магнитный поток будет частично уходить в окружающую среду, что приведет к возникновению потерь. От них зависит величина реактивного сопротивления рассеяния, которая совместно с активной составляющей образуют комплексное сопротивление, называемое электрическим импедансом трансформатора.

Емкостное сопротивление

В цепи, содержащей емкость и источник переменного тока происходят изменения заряда. Такой емкостью обладают конденсаторы, обладающие максимальной энергией при полном заряде. Напряжение емкости создает сопротивление, противодействующее течению переменного тока, которое считается реактивным. В результате взаимодействия, конденсатор и источник тока постоянно обмениваются энергией.

В конструкцию конденсатора входят токопроводящие пластины в количестве двух и более штук, разделенных слоями диэлектрика. Такое разделение не позволяет постоянному току проходить через конденсатор. Переменный ток может проходить через емкостное устройство, отклоняясь при этом от своей первоначальной величины.

Изменения переменного тока происходят под влиянием емкостного сопротивления. Чтобы лучше понять схему работы, найдем и рассмотрим принцип действия данного явления. Переменное напряжение, приложенное к конденсатору, изменяется в форме синусоиды. Под его воздействием на обкладках наблюдается всплеск, одновременно здесь накапливаются заряды электроэнергии с противоположными знаками. Их общее количество ограничено емкостью устройства и его габаритами. Чем выше емкость устройства, тем больше времени требуется на зарядку.

В момент изменения полупериода колебания, напряжение на обкладках конденсатора меняет свою полярность на противоположное значение, потенциалы также изменяются, а заряды пластин перезаряжаются. За счет этого удается создать течение первичного тока и находить способ противодействовать его прохождению, при уменьшении величины и сдвиге угла. Зарядка обкладок позволяет току, проходящему через конденсатор, опережать напряжение на 90.

Компенсация реактивной мощности

С помощью электрических сетей осуществляется передача электроэнергии на значительные расстояния. В большинстве случаев она используется для питания электродвигателей, имеющих высокое индуктивное сопротивление и большое количество резистивных элементов. К потребителям поступает полная мощность, которая делится на активную и реактивную. В первом случае с помощью активной мощности совершается полезная работа, а во втором – происходит нагрев трансформаторных обмоток и электродвигателей.

Под действием реактивной составляющей, возникающей на индуктивных сопротивлениях, существенно понижается качество электроэнергии. Противостоять ее вредному воздействию помогает комплекс мероприятий по компенсации с использованием конденсаторных батарей. За счет емкостного сопротивления удается понизить косинус угла φ.

Компенсирующие устройства применяются на подстанциях, от которых электричество поступает к проблемным потребителям. Этот способ дает положительные результаты не только в промышленности, но и на бытовых объектах, снижая нагрузку на оборудование.

Примеры активного и реактивного сопротивления в электронике

С другой стороны, реактивное сопротивление возникает в электрических компонентах, которые хранят или отдают энергию, но не преобразуют ее в другие формы. Примером реактивного сопротивления являются катушки индуктивности и конденсаторы. Катушка индуктивности хранит энергию в магнитном поле, а конденсаторы хранят энергию в электрическом поле.

Оба типа сопротивления, активное и реактивное, являются важными в электронике и используются при проектировании и анализе электрических схем. Понимание различий между ними помогает инженерам эффективно использовать электроэнергию и оптимизировать работу электрических систем.

Полное сопротивление

Полное сопротивление (z) – это векторная сумма всех сопротивлений: активного, емкостного и индуктивного.

Треугольник сопротивлений

Цепи переменного тока обладают полным сопротивлением. Полное сопротивление цепи определяется как сумма квадратов активного и реактивного сопротивлений 

Графическим изображением этого выражения служит треугольник сопротивлений, который можно получить в результате расчёта последовательной RLC-цепи. Выглядит он следующим образом:

На треугольнике видно, что катетами являются активное и реактивное сопротивление, а полной сопротивление гипотенуза.

Роль активного сопротивления в электрических цепях

Активное сопротивление – это измеряемая и сопротивляемая часть переменного сопротивления, которая возникает только под воздействием переменного напряжения или переменного тока. Оно присутствует во всех электрических цепях и играет важную роль в их функционировании.

Роль активного сопротивления в электрических цепях заключается в изменении силы и направления тока. В отличие от реактивного сопротивления, активное сопротивление преобразует электрическую энергию в другие формы энергии, такие как тепловая или световая. Это значит, что активное сопротивление позволяет управлять потоком электрической энергии в цепи.

В электрической цепи активное сопротивление обычно представлено элементами, такими как проводники, лампы, моторы и т.д. Эти элементы предназначены для потребления электрической энергии и превращения ее в полезную работу или в другие формы энергии.

Активное сопротивление можно измерить с помощью амперметра, который показывает силу тока, проходящего через цепь. Чем выше активное сопротивление, тем больше энергии потребляет элемент цепи и тем меньше энергии остается для других элементов.

Таким образом, активное сопротивление играет важную роль в электрических цепях, позволяя управлять потоком электрической энергии и преобразовывать ее в полезную работу или в другие формы энергии.

Как определить активное и реактивное сопротивление?

Активное и реактивное сопротивление являются основными показателями в электрических цепях. Активное сопротивление измеряет активное потребление энергии, а реактивное сопротивление отвечает за накопление и отдачу энергии обратно в цепь.

Существует несколько способов определения активного и реактивного сопротивления:

1. Метод измерения мощности: для определения активного сопротивления можно использовать метод измерения потребляемой мощности в цепи. Если цепь потребляет энергию, значит активное сопротивление положительное. Если цепь отдает энергию обратно в источник, то активное сопротивление отрицательное.
2. Метод фазового сдвига: активное и реактивное сопротивление также можно определить по фазовому сдвигу напряжения и тока в цепи. Если ток опережает напряжение по фазе, то имеет место реактивное сопротивление. Если ток и напряжение совпадают по фазе, то активное сопротивление преобладает.
3. Использование математических формул: активное и реактивное сопротивление можно вычислить, используя соответствующие математические формулы. Например, для определения активного сопротивления в постоянной цепи можно воспользоваться законом Ома: сопротивление равно отношению напряжения к току. Для определения реактивного сопротивления воспользуйтесь формулой, которая связывает реактивное сопротивление, ёмкость или индуктивность и частоту сигнала.

Обратите внимание, что активное и реактивное сопротивление не являются независимыми понятиями. Они взаимосвязаны и влияют друг на друга в электрической цепи. Поэтому, для более точного определения активного и реактивного сопротивления, необходимо учитывать все параметры цепи и применять соответствующие методы измерения.

От чего зависит активное сопротивление

Активное электросопротивление зависит от сечения проводника. Это значит, что полезным сечением при электротоке с высокой частотой будет только тонкий наружный слой проводника. Из этого исходит также то, что активностное электросопротивление только возрастает с увеличением частоты электротока переменного типа.

Для того чтобы уменьшить поверхностный эффект проводника, по которому течет электроток высокой частоты, его изготавливают трубчатым и покрывают напылением металла, хорошо проводящего электрический ток, например, серебром.

В чем измеряется реактивное сопротивление

Само по себе, явление реактанса характерно только для цепей с электрическим током переменного типа. Обозначается оно латинской буквой «X» и измеряется в Омах. В отличие от активностного варианта, реактанс может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Знак «+» или «-» соответствует знаку, по которому сдвигается фаза электротока и напряжения. Знак положительный, когда ток отстает от напряжения и отрицателен, когда кот опережает напряжение.

Важно! Абсолютно чистое реактивное электросопротивление имеет сдвиг фазы на ± 180/2. То есть, фаза «двигается» на π/2.

Как правильно измерять сопротивление

При работе с радиоаппаратурой иногда требуется измерять не только активностное, но и реактивное электросопротивление (индуктивность и емкость). Для измерений применяют косвенный метод использования мультиметра, а более точные значения получают при мостовом методе.

Косвенный метод наиболее прост в своей реализации, так как не требует дополнительных схем включения. Одна требуется наличие трех отдельных приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра. Если измерить напряжение и силу электротока в цепи, то можно получить полное электросопротивление: Z=U*I  После измерения активностной мощности P, можно получить величину активного сопротивления отдельного элемента: R= P/I².

Области проявления

Реактанс электросопротивления проявляется в емкости и индукции. Первое обуславливается наличием емкости проводниках и обмотках или включением в электрическую цепь переменного тока различных конденсаторов. Чем выше емкость потребителя и угловой частоты сигнала электротока, тем меньше емкостная характеристика.

Вам это будет интересно  Замеры освещенности помещения

Сопротивляемость, которую оказывает проводник переменному току и электродвижущей силе самоиндукции, называется индуктивным. Оно зависит от индуктивности потребителя. Чем выше его индуктивность и выше частота переменного электротока, тем выше индуктивное электросопротивление. Выражается оно формулой: xl = ωL, где xl — это электросопротивление индукции, L — индуктивность, а ω — угловая частота тока.

Емкостный реактанс электросопротивление проявляется, например, в конденсаторе, который накапливает электроэнергию в виде электромагнитного поля между своими обкладками. Индуктивное электросопротивление можно наблюдать в дросселе, который накапливает энергию в виде магнитного поля внутри своей обмотки.

Активностным же электросопротивлением может обладать любой резистор, линии электропередач, обмотки трансформатора или электрического двигателя.

Таким образом, активный резист и реактанс во многом отличаются друг от друга не только разницей по названию, но и по физическим свойствам. Первый вид превращает электроэнергию в другой вид и отдает ее в окружающую среду. Второй же — возвращает ее обратно в электросеть.

Измерение активного и реактивного сопротивления

Активное и реактивное сопротивление являются важными характеристиками электрических цепей. Измерение этих параметров позволяет оценить эффективность работы электрической сети или устройства, а также определить вклад активных и реактивных компонент в общее сопротивление.

Для измерения активного и реактивного сопротивления можно использовать различные инструменты:

• Омметр: омметр является наиболее простым и распространенным прибором для измерения сопротивления. Он позволяет измерять общее сопротивление цепи, включая как активную, так и реактивную составляющую.
• Фазомер: фазомер используется для измерения разности фаз между напряжением и током в цепи. Это позволяет определить активное и реактивное сопротивление.
• Вольтметр и амперметр: вольтметр и амперметр позволяют измерять напряжение и ток в цепи соответственно. Используя эти показатели, можно рассчитать активное и реактивное сопротивление при помощи соответствующих формул.
• Квадрантный вольтметр: квадрантный вольтметр позволяет измерять активное и реактивное сопротивление, а также определить их фазовые углы. Этот тип прибора особенно полезен для измерения сопротивления в комплексных сетях.

При измерении активного и реактивного сопротивления необходимо учитывать, что они могут меняться в зависимости от частоты напряжения или переменного тока. Поэтому измерение проводится при определенной частоте и в определенных условиях. Также стоит помнить о том, что активное сопротивление является действительной частью комплексного сопротивления, а реактивное сопротивление – мнимой.

В заключение, измерение активного и реактивного сопротивления позволяет более полно оценить электрические характеристики системы. Для этого используются различные приборы, которые позволяют определить их значения и фазовые сдвиги. Правильное измерение и анализ активного и реактивного сопротивления могут быть ключевыми при решении электрических проблем и оптимизации работы системы.

Видео по теме

Заключение

Как видим, при расчете электрической цепи необходимо учитывать и активное, и реактивное, и полное сопротивление. Они отличаются друг от друга не только названием. Физика этих сопротивлений также разная. Если под воздействием активного сопротивления электроэнергия превращается в другой вид и поступает в окружающую среду, то реактивное возвращает ее обратно в сеть. Без понятия о сопротивлении и знания формул расчета невозможно конструировать электросхемы.

Как вам статья?