הבדל בין התנגדות לתגובה

2024 מְחַבֵּר: Alex Aldridge | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 13:39

הבדל מפתח – התנגדות מול תגובה

לרכיבים חשמליים כמו נגדים, משרנים וקבלים יש סוג של חסימה לזרם העובר דרכם. בעוד נגדים מגיבים הן לזרם ישר והן לזרם חילופין, משרנים וקבלים מגיבים לווריאציות של זרמים או לזרם חילופין בלבד. מכשול זה לזרם ממרכיבים אלה ידוע בשם עכבה חשמלית (Z). עכבה היא ערך מורכב בניתוח מתמטי. החלק האמיתי של המספר המרוכב הזה נקרא התנגדות (R), ורק נגדים טהורים יש התנגדות. קבלים ומשרנים אידיאליים תורמים לחלק הדמיוני של העכבה הידוע כריאקטנס (X).לפיכך, ההבדל העיקרי בין התנגדות לתגובתיות הוא שההתנגדות היא חלק ממשי מהעכבה של רכיב ואילו התגובה היא חלק דמיוני מהעכבה של רכיב. שילוב של שלושת הרכיבים הללו במעגלי RLC יוצר עכבה בנתיב הנוכחי.

מהי התנגדות?

התנגדות היא המכשול שעומד בפני המתח בהנעת זרם דרך מוליך. אם יש להניע זרם גדול, המתח המופעל על קצות המוליך צריך להיות גבוה. כלומר, המתח המופעל (V) צריך להיות פרופורציונלי לזרם (I) שעובר דרך המוליך, כפי שנקבע בחוק אוהם; הקבוע למידתיות זו הוא ההתנגדות (R) של המוליך.

V=I X R

למוליכים יש את אותה התנגדות ללא קשר אם הזרם קבוע או משתנה. עבור זרם חילופין, ניתן לחשב התנגדות באמצעות חוק אוהם עם מתח וזרם מיידיים.ההתנגדות הנמדדת באוהם (Ω) תלויה בהתנגדות המוליך (ρ), באורך (l) ובשטח החתך (A) כאשר,

ההתנגדות תלויה גם בטמפרטורה של המוליך שכן ההתנגדות משתנה עם הטמפרטורה באופן הבא. כאשר ρ ₀ מתייחס להתנגדות שצוינה בטמפרטורה הסטנדרטית T_{0 שהיא בדרך כלל טמפרטורת החדר, ו-α הוא מקדם ההתנגדות של הטמפרטורה:}

עבור מכשיר עם התנגדות טהורה, צריכת החשמל מחושבת לפי המכפלה של I^{2 x R. מכיוון שכל הרכיבים האלה של המוצר הם ערכים אמיתיים, ההספק הנצרך על ידי ההתנגדות יהיה כוח אמיתי. לכן, הכוח המסופק להתנגדות אידיאלית מנוצל במלואו.}

מה זה ריאקטנס?

ריאקטנס הוא מונח דמיוני בהקשר מתמטי. יש לו אותו רעיון של התנגדות במעגלים חשמליים והוא חולק את אותה יחידת אוהם (Ω). תגובתיות מתרחשת רק במשרנים וקבלים במהלך שינוי זרם. לפיכך, התגובה תלויה בתדר של זרם החילופין דרך משרן או קבל.

במקרה של קבל, הוא צובר מטענים כאשר מתח מופעל על שני המסופים עד שמתח הקבל מתאים למקור.אם המתח המופעל הוא עם מקור AC, המטענים המצטברים מוחזרים למקור במחזור השלילי של המתח. ככל שהתדירות עולה, כך כמות המטענים המאוחסנת בקבל קטנה יותר לפרק זמן קצר מאחר וזמן הטעינה והפריקה אינם משתנים. כתוצאה מכך, ההתנגדות של הקבל לזרימת הזרם במעגל תהיה פחותה כאשר התדר עולה. כלומר, התגובה של הקבל עומדת ביחס הפוך לתדר הזוויתי (ω) של ה-AC. לפיכך, התגובה הקיבולית מוגדרת כ

C הוא הקיבול של הקבל ו-f הוא התדר בהרץ. עם זאת, העכבה של קבל היא מספר שלילי. לכן, העכבה של קבל היא Z=– i / 2 π fC. קבל אידיאלי משויך רק לריאקטנס.

מאידך, משרן מתנגד לשינוי זרם דרכו על ידי יצירת כוח אלקטרו-מוטיבי נגדי (emf) לרוחבו. emf זה פרופורציונלי לתדירות אספקת ה-AC והאופוזיציה שלו, שהיא התגובה האינדוקטיבית, היא פרופורציונלית לתדר.

תגובה אינדוקטיבית היא ערך חיובי. לכן, העכבה של משרן אידיאלי תהיה Z=i2 π fL. עם זאת, תמיד יש לשים לב שכל המעגלים המעשיים מורכבים גם מהתנגדות, ורכיבים אלו נחשבים במעגלים מעשיים כעכבות.

כתוצאה מההתנגדות הזו לשונות הזרם על ידי משרנים וקבלים, לשינוי המתח על פניו יהיה דפוס שונה מהוריאציה של הזרם.המשמעות היא שהפאזה של מתח ה-AC שונה מהפאזה של זרם ה-AC. בשל התגובה האינדוקטיבית, לשינוי הזרם יש פיגור משלב המתח, בניגוד לתגובתיות קיבולית שבה השלב הנוכחי מוביל. ברכיבים אידיאליים, להוביל ולפיגור זה יש גודל של 90 מעלות.

איור 01: יחסי שלב מתח-זרם עבור קבל ומשרן.

וריאציה זו של הזרם והמתח במעגלי AC מנותחת באמצעות דיאגרמות פאזור. בגלל ההבדל בין השלבים של זרם ומתח, הכוח הנמסר למעגל תגובתי אינו נצרך במלואו על ידי המעגל.חלק מהכוח הנמסר יוחזר למקור כאשר המתח חיובי, והזרם שלילי (כגון כאשר הזמן=0 בתרשים למעלה). במערכות חשמליות, בהפרש של ϴ מעלות בין שלבי המתח והזרם, ה-cos(ϴ) נקרא גורם ההספק של המערכת. גורם הספק זה הוא תכונה קריטית לשליטה במערכות חשמל מכיוון שהוא גורם למערכת לפעול ביעילות. כדי שההספק המרבי ינוצל על ידי המערכת, יש לשמור על מקדם ההספק על ידי הפיכת ϴ=0 או כמעט אפס. מכיוון שרוב העומסים במערכות חשמל הם בדרך כלל עומסים אינדוקטיביים (כמו מנועים), בנקאי קבלים משמשים לתיקון גורם ההספק.

מה ההבדל בין Resistance ל-Reactance?

התנגדות לעומת תגובה
התנגדות היא ההתנגדות לזרם קבוע או משתנה במוליך. זה החלק האמיתי של עכבה של רכיב.	תגובתיות היא ההתנגדות לזרם משתנה במשרן או בקבל. התגובה היא החלק הדמיוני של העכבה.
תלות
ההתנגדות תלויה במידות המוליך, ההתנגדות והטמפרטורה של המוליך. זה לא משתנה בגלל התדירות של מתח AC.	התגובה תלויה בתדירות של זרם החילופין. עבור משרנים, הוא פרופורציונלי, ועבור קבלים הוא פרופורציונלי הפוך לתדר.
Phase
השלב של המתח והזרם דרך נגד זהה; כלומר, הפרש הפאזות הוא אפס.	בשל התגובה האינדוקטיבית, לשינוי הזרם יש פיגור משלב המתח. בתגובה קיבולית, הזרם מוביל. במצב אידיאלי, הפרש הפאזות הוא 90 מעלות.
Power
צריכת חשמל עקב התנגדות היא הספק אמיתי והיא תוצר של מתח וזרם.	החשמל המסופק להתקן תגובתי אינו נצרך במלואו על ידי ההתקן עקב פיגור או זרם מוביל.

סיכום – התנגדות מול תגובה

רכיבים חשמליים כגון נגדים, קבלים ומשרנים יוצרים מכשול הידוע כעכבה לזרם לזרום דרכם, שהוא ערך מורכב. לנגדים טהורים יש עכבה בעלת ערך אמיתי המכונה התנגדות, בעוד שלמשרנים וקבלים אידיאליים יש עכבה בעלת ערך דמיוני הנקראת תגובתיות. התנגדות מתרחשת הן בזרם ישר והן בזרמי חילופין, אך תגובתיות מתרחשת רק בזרמים משתנים, וכך נוצרת התנגדות לשינוי הזרם ברכיב. בעוד שההתנגדות אינה תלויה בתדירות AC, התגובה משתנה עם התדר של AC.התגובה גם עושה הבדל פאזה בין הפאזה הנוכחית לשלב המתח. זה ההבדל בין התנגדות לתגובה.