Здавалося б, розкрити залежність напруги від частоти просто. Варто тільки звернутися з відповідним запитом до всезнаючим пошуковим системам і… переконатися, що відповіді на це питання просто немає. Що ж робити? Давайте розбиратися разом у цьому непростому питанні.
Напруга чи різниця потенціалів?
Треба зауважити, що напруга і різниця потенціалів – це одне і те ж. По суті, це сила, яка здатна змусити електричні заряди рухатися потоком. Не має значення, куди буде спрямоване це рух.
Різниця потенціалів – просто інший вираз для напруги. Воно наочніше і, може бути, зрозуміліше, але суті справи не міняє. Тому головне питання полягає в тому, звідки береться напруга, і від чого воно залежить.
У тому, що стосується домашньої мережі 220 Вольт, відповідь проста. На гідростанції потік води обертає ротор генератора. Енергія обертання трансформується в силу напруги. Атомна електростанція спочатку перетворює воду на пару. Він і крутить турбіну. У бензоэлектростанции обертає ротор сила згорає бензину. Є й інші джерела, але суть завжди одна і та ж: енергія перетворюється в напругу.
Саме час задатися питанням про залежність напруги від частоти. Але ми ще не знаємо, звідки береться частота.
Що є джерелом частоти
Той самий генератор. Частота його обертання перетворюється в однойменне властивість напруги. Обертайте генератор швидше – частота буде більше. І навпаки.
Хвіст не може “виляти” собакою. З тієї ж причини частота не може змінити напругу. Отже, вираз “залежність напруги від частоти струму” не має сенсу?
Щоб знайти відповідь, треба правильно сформулювати питання. Є така приказка про дурня і 10 вчених мужів. Він ставив неправильні питання, а вони не могли відповісти.
Якщо назвати напруга іншим визначенням, все встане на свої місця. Воно застосовується для ланцюгів, що складаються з безлічі різних опорів. “Падіння напруги”. Обидва вирази часто вважаються синонімами, що майже завжди неправильно. Тому що падіння напруги дійсно може залежати від частоти.
З чого б напрузі падати?
Та просто тому, що не може не падати. Отже. Якщо на одному полюсі джерела потенціал дорівнює 220 Вольт, а на іншому – нуль, то це падіння могло статися тільки в ланцюзі. Закон Ома говорить про те, що, якщо в мережі є одне опір, то всі напругу на ньому і впаде. Якщо два і більше – кожне падіння буде пропорційно його величині, а їх сума дорівнює вихідної різниці потенціалів.
Ну і що? Де тут вказівка на залежність напруги від частоти струму? Поки що все залежить від величини опору. Ось, якщо б знайти такий резистор, який змінює свої параметри при зміні частоти! Тоді і падіння напруги на ньому змінювалося б автоматично.
Є такі резистори
Їх ще називають реактивними, на відміну від активних побратимів. На що ж вони реагують, змінюючи свою величину? На частоту! Існує 2 виду реактивних опорів:
- індуктивний;
- ємнісне.
Кожен вид пов’язаний зі своїм полем. Індуктивний – з магнітним, ємнісне – з електричним. На практиці вони представлені в першу чергу, соленоїдами.
Вони представлені на фото вище. І конденсаторами (нижче).
Їх можна вважати антиподами, тому що реакція на зміну частоти прямопротивоположная. Індуктивний опір зростає з частотою. Ємнісне, навпаки, падає.
Тепер, враховуючи особливості реактивних опорів, у відповідності з законом Ома, можна стверджувати, що залежність напруги від частоти змінного струму існує. Вона може бути розрахована з урахуванням величин реактивних опорів ланцюга. Тільки для ясності треба пам’ятати, що мова йде саме про падіння напруги на елементі ланцюга.
І все-таки вона існує!
Знак питання в заголовку статті перетворився на знак. “Яндекс” реабілітований. Залишилося тільки привести формули залежності напруги від частоти для різних видів реактивних опорів.
Ємнісне: XC = 1/(w · C). Тут w — кутова частота, C — ємність конденсатора.
Індуктивне: XL = w · L, де w — те ж, що і в попередній формулі, L — індуктивність.
Як видно, частота впливає на величину опору, змінюючи його, отже, змінює і падіння напруги. Якщо в мережі є активний опір R, ємнісне XC і індуктивний XL, то сума падінь напруги на кожному елементі буде дорівнює різниці потенціалів джерела: U = Ur + Uxc+ Uxl.
