Общеизвестно, что пропускание электрического тока по проводникам всегда сопровождается тепловыделением или совершением механических действий. Для оценки характеристики процесса введен термин активного сопротивления. Определены способы его вычисления.
С этой целью время протекания переменного тока с действующим значением I принято выбирать в один период колебания гармоники Т. При этом выделится тепловая энергия либо совершится механическая работа, на которую будет затрачена часть электрической энергии.
Ее величину обозначим WT. После этого выражение для активного сопротивления предоставленного участка цепи демонстрируется соотношением:
R=WT/I2T.
Для изображения активного сопротивления на электрических схемах переменного тока его принято чертить по тем же шаблонам, что и для постоянного, называемого омическим, которое обладает определенной структурой металла кристаллической решетки проводников и наличием не связанных электронов. находящихся в свободном состоянии.
При пропускании сквозь него электроэнергии на величину омического сопротивления не влияют расположенные поблизости проводящие ток детали и ферромагнитные сердечники.
В случаях с переменными величинами активное сопротивление обладает определенными особенностями. Электроэнергия низкой частоты оказывают в материале проводника примерно такое же воздействие, как и постоянного направления.
Однако, повышение частоты колебаний приводит к большему возникновению поверхностного эффекта, который проявляется смещением распределения тока, проходящего сквозь поперечное сечение проводника.
Дело в том, что постоянный ток равномерно распределен по всей площади, а переменный с увеличением частоты все больше стремится к поверхностным слоям и вытесняется из центральной зоны.
В результате, уменьшается площадь прохождения для переменных токов, что ведет к возрастанию потерь, связанных с нагревом.
При нахождении рядом с сопротивлением проводника с электрическим током, вокруг последнего формируется электромагнитное поле, воздействующее с полем сопротивления, создается дополнительный расход энергии.
Таким же воздействием обладают обмотки катушек и ферромагнитные сердечники. Они индуцируют вихревые токи в сопротивлении, нагревают его. Постоянное перемагничивание переменного поля сердечника ведет к затратам энергии на смену направления магнитного потока в доменах.
В итоге, получается, что термин активного сопротивления охватывает больше особенностей, нежели определение омического сопротивления. При этом, энергия WT, затрачиваемая переменным током на преодоление потерь в одном и том же проводнике всегда больше энергии, расходуемой постоянным током на выделение тепла.
Отсюда делаем выводы: термин активного сопротивления более обширен. Его значение для любого элемента электрической цепи зависимо от частоты колебаний. У цепей переменных гармоник активное сопротивление всегда превышает величину омического сопротивления для постоянного тока.
В активном проводнике действует закон Ома для выражения мгновенных электрических величин.
UR=R*i, i=UR/R=G*UR. Значение G называется проводимостью.
Значение G называется проводимостью. Изменяющийся по времени синусоидального графика ток имеет мгновенное значение:
i=Im∙sin(ωt+Ψ).
Значение напряжения описывается так же:
UR=R∙Im∙sin(ωt+Ψ)=URmsin(ωt+Ψ); URm=R*Im. Откуда:
Im=URm/R=G*Rm.
Перейдем к действующим значениям, разделим последние выражения на √2:
UR=R*i, i=UR/R=G*UR.
Таким образом, получилось 4 записи проявления закона Ома при прохождении переменного тока по активному сопротивлению. По ним допустимо составить записи комплексных амплитуд для токов и напряжений.
Сделаем перевод величин в действующие выражения:
Проведя преобразования, получили символическую форму для рассматриваемых величин, которая демонстрируется на комплексной плоскости векторными и волновыми диаграммами для активных проводников:
Из них видно, что векторы тока и напряжения в активном сопротивлении:
- не изменяют своего знака, параллельны между собой и имеют одинаковую направленность;- совпадают начальной фазой без сдвига угловых величин.