Резонансът във физиката е явление, при което амплитудата на трептенията на системата рязко нараства. Това се случва, когато естествената и външната смущаваща честота съвпадат. В механиката пример е махалото на часовника. Това поведение е типично и за електрически вериги, които включват елементи на активни, индуктивни и капацитивни товари. Резонансът на токовете и напреженията е много важен; това явление е намерило приложение в такива области на науката като радиокомуникации и промишлено захранване.
Вектори и теория
За да разберете значението на процесите, протичащи във вериги, включително индуктори, кондензатори и активни съпротивления, трябва да разгледате диаграма на проста осцилаторна верига. Точно както обикновеното махало последователно прехвърля енергия от потенциално към кинетично състояние, електрическият заряд в RCL верига, натрупвайки се в капацитет, се влива в индуктивност. След това процесът протича в обратната посока и всичко започва отначало. В този случай векторната диаграма изглежда така: токът на капацитивния товар води посоката на напрежението с ъгъл π / 2, индуктивният товар изостава със същия ъгъл, а активният товар е във фаза. Полученият вектор има наклон спрямо абсцисата, означен с гръцката буква φ. Резонанс в AC веригата възниква, когато φ=0, съответно cos φ=1. Преведено от езика на математиката, това изчисление означава, че токът, преминаващ през всички елементи, съвпада по фаза с тока в активния компонент на електрическата верига.
Практическо приложение в захранващи системи
Теоретично всички тези изчисления са разбираеми, но какво означават те за практически въпроси? Много неща! Всеки знае, че полезна работа във всяка верига се извършва от активния компонент на мощността. В същото време по-голямата част от потреблението на енергия се отчита от електрически двигатели, от които има много във всяко предприятие, и те съдържат намотки в своя дизайн, които са индуктивен товар и създават ъгъл φ, различен от нула. За да възникне резонанс на токовете, е необходимо реактивните съпротивления да се компенсират по такъв начин, че тяхната векторна сума да стане нула. На практика това се постига чрез включване на кондензатор, който създава противоположно изместване на вектора на тока.
Резонанс на токове в радиоприемници
Резонансът на токовете има и друго, радиотехническо приложение. Осцилаторната верига, която е в основата на всяко приемно устройство, се състои от индуктор и кондензатор. Чрез промяна на стойността на електрическия капацитет е възможно да се постигне, че сигналът с необходимата носеща честота ще бъде получен селективно, а останалите всички вълнови компоненти, получени от антената, включително смущенията, ще бъдат потиснати. На практика такъв променлив кондензатор изглежда като два комплекта плочи, едната от които, когато се върти, влиза или излиза от другата, увеличавайки или намалявайки електрическия капацитет. Това създава резонанс на токовете и радиото се настройва на желаната честота.