Переменный ток является более сложным физическим процессом, чем постоянный ток. Цепь переменного тока с включенной в нее катушкой оказывает току сопротивление, превышающее омическое. Полное сопротивление переменному току называется импедансом. Обозначается импеданс символом Z. Единицей его измерения также служит ом.
Поскольку импеданс цепи, содержащей сопротивление и индуктивность, состоит из омического и индуктивного сопротивлений, можно было бы, казалось, предположить, что он равен их арифметической сумме.
Однако, если соединить последовательно омическое сопротивление в 3 ом и индуктивное сопротивление в 4 ом, то импеданс окажется равным не 7, а 5 ом. Определение импеданса цепи с омическим и индуктивным сопротивлениями с помощью векторной диаграммы: Что такое электрический импеданс
Учебный немецкий лабораторный стенд по изучению электрических цепей переменного тока
При прохождении переменного тока через прямолинейный провод его импеданс равен омическому сопротивлению. Однако стоит только провод свить в катушку, его импеданс резко возрастает. Если же в катушку ввести железный сердечник, ее импеданс возрастает еще более.
По каким же причинам катушка оказывает повышенное сопротивление току? При прохождении электрического тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное поле. При увеличении тока число силовых линий поля возрастает, поле как бы "отрывается" и уходит от проводника. При уменьшении же тока число силовых линий убывает и поле "стягивается" к проводнику.
Любое увеличение или уменьшение числа силовых линий в первичной обмотке трансформатора наводит э. д. с. во вторичной обмотке. Исходя из этого, мы можем предположить, что одновременно со вторичной катушкой э. д. с. наводится и в первичной катушке. А если такое предположение правильно, то следует ожидать, что при уменьшении и увеличении переменного тока, происходящем за период, э. д. с. будет наводиться и в одиночной катушке, включенной в цепь этого тока.
Далее, если направление указанной э. д. с. противоположно приложенному напряжению, то такое противодействующее напряжение позволит дать объяснение тому, что при одном и том же напряжении переменный ток в катушке слабее постоянного.
Кроме того, учитывая, что противодействующая э. д. с. принимает наибольшее значение при максимальной скорости изменения поля, мы сможем объяснить, почему импеданс для высокочастотного переменного тока больше, чем для низкочастотного.
Допустим, что предложенное объяснение правильно и что увеличение тока в катушке повышает э. д. с., которая противодействует приложенному напряжению и увеличению тока. Тогда ослабление тока должно создавать в катушке э. д. с, направление которой совпадает с направлением приложенного напряжения и которая обеспечит продолжение тока на некоторое время после того, как приложенное напряжение упадет до нуля.
Чтобы проверить последнее предположение, составим цепь из батареи, 6-вольтовой лампочки в качестве сопротивления, катушки и ключа. Замкнем цепь. Ничего особенного при этом не происходит. Но разомкнем цепь — лампа на мгновение вспыхнет очень ярко.
При замыкании цепи ток запаздывает по отношению к напряжению. При размыкании цепи ток продолжает идти, несмотря на то, что напряжение, даваемое батареей, упало до нуля.
Этот опыт показывает, что когда цепь разрывается и ток меняется, в катушке наводится э. д. с, которая вызывает продолжение тока при выключении приложенной извне э. д. с. Наведенная э. д. с, вызванная изменениями тока, направлена так, что противодействует этим изменениям.
Явление возникновения э. д. с. в катушке или любом другом проводнике в результате изменения тока называется самоиндукцией. Сопротивление, которое катушка оказывает прохождению электрического тока, называется индуктивным сопротивлением.
Следует уяснить себе, что индуктивное сопротивление переменному току оказывает и прямой провод. Но если длина этого провода не слишком велика, а частота переменного тока не очень высока, то указанное сопротивление столь мало, что им обычно можно пренебречь.