У процесі вивчення електротехніки досить часто виникає питання, що таке резонанс струмів. Подібне явище характерне в основному для ланцюгів змінного струму і може мати як корисними, так і небажаними властивостями, які слід враховувати при проектуванні різних схем. Явище резонансу часто застосовується в радіотехніці. Налаштування коливального контуру, пов'язаного з цією властивістю, дає можливість посилення радіосигналу в декілька разів, оскільки перетворення ємності-індуктивності призводить до зростання чинного напруги.
Принцип дії резонансних струмів
Наочне уявлення про резонанс струмів дає коливальний контур, який застосовується в електронних схемах. У його склад входить конденсатор з ємністю С і котушка з індуктивністю L, включені паралельно. В процесі передачі енергії з електричного поля ємності в магнітне поле індуктивності виникають самозагасаючі коливання з певною частотою. Виникнення коливань відбувається завдяки активному спротиву R, що перешкоджає вільному проходженню струму.
Явище резонансу струмів з'являється в ланцюзі, куди паралельно включені конденсатор і котушка. Їх номінали підібрані з таким розрахунком, щоб струми, що протікають по С і L, були рівні. Тому в контурі С-L струм буде вище, ніж його значення на інших ділянках ланцюга. Принцип роботи такого контуру полягає в наступному. При подачі живлення конденсатор накопичує певну величину заряду, рівну номінальній напрузі джерела струму. Після цього джерело відключається, а конденсатор замикається в ланцюг контуру, щоб на котушку пішов розряд. Струм проходить по ній, тим самим викликає генерацію магнітного поля. В результаті створюється електрорушійна сила самоіндукції, спрямована назустріч току.
Максимальне значення магнітного поля досягається при повному розряді конденсатора. Таким чином, вся енергія, накопичена конденсатором, перетворюється в магнітне поле індуктивності. Заряджені частинки продовжують рухатися, завдяки самоіндукції котушки.
Оскільки протитечія від розрядженого конденсатора вже відсутня, він піддається повторної зарядки, але вже зі зміною полярності. Це призводить до перетворення поля котушки в заряд конденсатора і повторення всього процесу. Активна складова R призводить до поступового згасання коливань. В цьому і полягає основна суть резонансу.
Практичне використання резонансу струмів
Резонанс струмів широко використовується на практиці. У разі зміни величини ємності конденсатора або індуктивності контуру, стає можливою регулювання частоти вільних коливань. Таким чином, контур може бути налаштований на певну частоту.
Природа вільних електричних коливань, що виникають в контурі, завжди загасаюча. Коливання загасають поступово під впливом опору, яким володіють з'єднувальні дроти. Крім того, енергія витрачається на нагрів дроту котушки індуктивності при проходженні в контурі електричного струму. Втрати енергії призводять до поступового зниження амплітуди коливань і їх остаточне згасання. Опір контуру безпосередньо впливає на швидкість загасання коливань, пов'язану з втратами енергії.
Для електронних пристроїв дуже важливо мати можливість отримання незатухаючих електричних коливань з незмінною амплітудою протягом тривалого часу. Для забезпечення цього процесу виконується підключення до контуру генератора змінного струму. В результаті, частота вимушених коливань не буде залежати від ємності і індуктивності контуру, а буде знаходиться в залежності від частоти змінного струму, що виробляється генератором.
Необхідно дотримуватися умов, коли струми в ємності і індуктивності мали б однакове значення. Це важлива властивість дає можливість регулювань на будь-яких ділянках електронних схем.