Reactanţa inductivă şi reactanţa capacitivă.

Reactanţa inductivă şi reactanţa capacitivă - abstract articolBine te-am găsit !

Povesteam în articolul trecut despre faptul că inductanţele (bobinele) şi capacităţile (condensatorii) opun o anumită rezistenţă la trecerea curentului electric, doar atunci când acesta are o anumită variaţie de intensitate. În rest, dacă acel curent rămâne constant şi continuu (adică nu-şi schimbă sensul) bobina are rezistenţă electrică extrem de mică (curentul trece “ca-n branză”) iar condensatorul are rezistenţă electrică aproape infinită (curentul este complet blocat). Lucrurile devin şi mai interesante atunci când bobina şi condensatorul sunt conectate în circuite electrice prin care circulă curent alternativ.

Astfel, astăzi vom vorbi despre:

  • Ce este curentul electric alternativ ?
  • Reactanţa inductivă
  • Reactanţa capacitivă

În toate situaţiile discutate până acum am considerat, pentru simplificare, că electronii se deplasează în acelaşi sens, adică vorbeam doar despre curentul electric continuu. În practică însă, pe lângă aplicaţii de curent continuu există şi o gama vastă de aplicaţii pentru curentul electric alternativ.

Ce este curentul electric alternativ ?

Spre deosebire de curentul electric continuu care este produs de un câmp electric continuu, curentul electric alternativ este creat de un câmp electric alternativ. Alternativ însemnă ceva care îşi schimbă sensul de un anumit număr de ori într-o anumită durată de timp. Aceasta înseamnă că pe lângă tensiune şi intensitate, curentul electric alternativ este caracterizat de frecvenţă. Bornele unui generator de curent alternativ nu se mai notează cu plus şi minus, pentru că evident, nu are nici un rost: o bornă va avea rând pe rând potenţial pozitiv (şi astfel va deveni pentru scurt timp borna pozitivă) şi potenţial negativ (moment în care va deveni, tot pentru scurt timp, borna negativă).

Perioada de timp în care curentul electric alternativ efectuează un ciclu complet de schimbare de sens este frecvent numită alternanţă. Sunt posibile două sensuri de curgere şi astfel perioada de timp dintr-o alternanţă completă în care curentul curge într-un singur sens se numeşte semialternanţă.

Reprezentarea grafică a curentului electric alternativ cu formă de undă sinusoidală

Figura 1. Reprezentarea grafică a curentului alternativ cu formă de undă sinusoidală

În figura 1 ţi-am arătat sub forma grafică ce înseamnă alternanţa şi semialternanţa. Poate eşti deja familiarizat cu reprezentările grafice, însa în caz că nu, uite ce vrea acest grafic să arate:

  • curba roşie reprezintă tensiunea electrică de la bornele generatorului în diferite momente (t0, t1, t2 etc.). Tensiunile de deasupra axei t [sec] sunt tensiuni pozitive iar cele de sub această axă sunt tensiuni negative. Ce înseamnă în cazul acesta tensiune pozitivă şi tensiune negativă ? Este o convenţie: mai precis înseamnă că dacă notăm bornele generatorului cu 1 şi 2, tensiunea pozitivă o putem considera ca fiind cu plusul la borna 1 şi cu minusul la borna 2 iar cea negativă, invers, cu minusul la borna 1 şi cu plusul la borna 2;
  • considerăm că graficul începe într-un moment t0 când tensiunea de la bornele generatorului este zero (capătul din stânga al curbei roşii);
  • odată cu trecerea timpului observăm că tensiunea U [V] creşte continuu până când, în momentul t1 aceasta ajunge la un maxim, după care coboară până când, în momentul t2 ajunge la 0. După cum am spus deja, această variaţie a tensiunii reprezintă o semialternanţă, şi pentru că în acest caz curba roşie corespunde unor tensiuni pozitive, o putem numi semialternanţă pozitivă. Timpul de la t0 la t2 se numeşte perioada semialternanţei;
  • după ce tensiunea a ajuns la zero observăm ca ea continuă să coboare în domeniul tensiunilor negative până când, în momentul t3 ajunge la un maxim negativ. Apoi, la fel ca şi în cazul semialternanţei pozitive, se întoarce şi urcă până când, în momentul t4 ajunge iar la 0. Această variaţie o putem numi semialternanţă negativă. Timpul de la t0 la t4 se numeşte perioada alternanţei.

Se observă că în graficul de mai sus am reprezentat variaţia tensiunii în funcţie de timp. În cazul în care în circuit avem doar sarcini rezistive, în locul tensiunii am fi putut reprezenta foarte bine curentul (adică intensitatea lui). De ce ? Pentru că dacă punem tensiune electrică pe o rezistenţă  electrică vom obţine imediat şi un curent electric. O tensiune mai mică ar fi generat un curent mai mic, o tensiune mai mare ar fi generat un curent mai mare, ceea ce înseamnă că o tensiune care variază ca cea din imaginea de mai sus ar provoca un curent care ar varia exact la fel.

Tot în figura 1 se mai poate observa că am ales să reprezint forma de undă sinusoidală deoarece este cea mai întâlnită (chiar şi forma de undă a tensiunii de la priză este tot sinusoidală).

În funcţie de aplicaţii, frecvenţele curenţilor electrici alternativi pot varia de la câteva fracţiuni de herţ şi până la câteva zeci sau sute de GHz (miliarde de herţi). Important ar fi să mai reţii şi faptul că există o legătură directă între frecvenţa curentului alternativ şi perioada unei alternanţe a acestuia. Această legătură este dată de ecuaţia :

\dpi{100} \large f=\frac{1}{T}[Hz]

sau

\dpi{100} \large T=\frac{1}{f}[s]

unde:

  • f este frecvenţa curentului alternativ exprimată în Hz (herţi);
  • T este perioada unei alternanţe, exprimată în secunde.

Cu această formulă, putem de exemplu afla că perioada unei alternanţe a tensiunii de la reţea (de la priză) este:

T=\frac{1}{50[Hz]}=0,02 secunde=20 milisecunde

Când însă în circuit avem inductanţe şi/sau condensatori, situaţia devine puţin mai complicată din cauza reactanţelor specifice care apar.

O.K., prima dată trebuie să-ţi răspund la întrebarea “ce este o reactanţă ?“. Este o mărime electrică ce arată cât de mult frânează o bobină sau un condensator trecerea unui curent electric alternativ.

Echivalentul mecanic al reactanţei este forţa de inerţie. Cu alte cuvinte, îţi poţi închipui că electronii (care formează curentul electric) ar fi nişte “biluţe din plumb” care se plimbă vesele prin conductoarele electrice. În cazul curentului continuu, singurul lucru care le stânjeneşte deplasarea este frecarea cu atomii conductorului electric respectiv (adică rezistenţa electrică). În cazul curentului alternativ, “biluţelor din plumb” li se cere să-şi schimbe frecvent sensul de deplasare, adica vor fi frecvent accelerate într-un sens, apoi frânate până la oprire, accelerate în celălalt sens, apoi iar frânate şi tot aşa. Cu alte cuvinte, în curent alternativ, deplasarea “biluţelor din plumb” este frânată atât de rezistenţa materialului din care e făcut conductorul electric cât şi de “forţele de inerţie” care apar.

Reactanţele sunt fenomene electrice care sunt provocate fie de capacităţi fie de inductanţe.

Reactanţa inductivă

Dacă vom considera un circuit format dintr-un generator de curent alternativ la bornele căruia este legată o inductanţă (o bobină), reactanţa inductivă arată cât de mult se opune bobina respectivă curgerii curentului electric. La fel ca şi rezistenţa electrică, reactanţa inductivă se măsoară tot în ohmi [Ω].

Până o vei digera în detaliu, îţi mai poţi imagina că reactanţa inductivă este “rezistenţa electrică în curent alternativ” a bobinei. Aşa cum se observă din ecuaţia de mai jos, reactanţa inductivă creşte odată cu frecvenţa curentului electric. În condiţii de amator este puţin mai dificil să măsori inductanţe, însă dacă ai cu ce şi eşti curios să vezi câţi ohmi are o anumită inductanţă la o anumită frecvenţă, trebuie doar să faci produsul din ecuaţia următoare:

\dpi{100} \large X_L=2\cdot \pi\cdot f\cdot L[\Omega ]

unde:

  • Xeste reactanţa inductivă, exprimată în ohmi [Ω];
  • f este frecvenţa curentului alternativ din circuit, exprimată în herţi [Hz];
  • L este inductanţa bobinei, exprimată în Henry [H].
Reactanţa capacitivă

Dacă vom considera acelaşi generator de curent alternativ, cuplat de data asta la un condensator, reactanţa capacitivă este “rezistenţa electrică în curent alternativ” a condensatorului. Spre deosebire de inductanţa inductivă, reactanţa capacitivă scade odată cu frecvenţa curentului electric. Ecuaţia reactanţei capacitive este următoarea:

\dpi{100} \large X_C=\frac{1}{2\cdot \pi \cdot f\cdot C}[\Omega ]

unde:

  • XC este reactanţa capacitivă, exprimată în ohmi [Ω];
  • f este frecvenţa curentului alternativ din circuit, exprimată în herţi [Hz];
  • C este capacitatea condensatorului, exprimată în Farazi [F].

Te întrebi ce folos are să ştii că reactanţa unei bobine sau a unui condensator variază cu frecvenţa curentului ? Unul din cele mai simple şi importante răspunsuri este: acest fenomen ne permite ca dintr-un semnal cu o groază de curenţi electrici (fiecare cu frecvenţa lui), să-i filtram doar pe cei pe care îi dorim. 

În cadrul acestui articol am încercat să-ţi vorbesc despre reactanţă scurt şi la obiect. Dacă totuşi vrei informaţii mai detaliate îţi sugerez să tragi cu ochiul aici (începând cu pagina 30).

Dacă ţi-a plăcut acest articol, distribuie-l mai departe în grupul tău de prieteni ! 

Cu bine,

Ciprian

28 thoughts on “Reactanţa inductivă şi reactanţa capacitivă.

  1. Salut Ciprian, te felicit și eu pentru acest website și pentru demersul tău. Unul dintre cele mai extraordinare lucruri pe care le poți face pe lumea asta e să înțelegi; altul – să faci și pe altcineva să înțeleagă ce ai înțeles tu.

    Și acum o observație: ceea ce se propagă cu viteza luminii ‘prin’ conductori este câmpul electromagnetic, aceștia sunt ghiduri de undă. (Este motivul pentru care frecvența de transmisie nu depășește 50-60Hz, altminteri câmpul s-ar desprinde de pe conductori așa cum o face de pe antene.) Viteza de deplasare a electronilor este mult mai mică decât viteza luminii, în orice condiții ai măsura-o, inclusiv în vid (electronii au masă). Așadar: becul din tavan se aprinde practic instantaneu când apăsăm comutatorul de pe perete deoarece câmpul electromagnetic se instalează cu viteza luminii în filamentul becului, cu mult înainte ca electronii să prindă de veste că a început hora. La fel și în curent continuu: câmpul se instalează practic instantaneu când circuitul este închis, la momentul t0 să zicem. Câmpul odată instalat, la momentul t1 un număr de n electroni părăsește borna – și concomitent un număr n de electroni intră în borna + (electroni care se aflau în imediata vecinătate a bornei +), indiferent de cât de lung e circuitul.

  2. Buna

    La reactanta capacitiva spui : “(…) Spre deosebire de inductanţa inductivă, reactanţa capacitivă scade (…)”.

    Propun sa inlocuiesti “inductanta inductiva” cu reactanta inductiva.

  3. Salut Ciprian
    Vreau sa fac un cuplaj cu transformator intre 2 etaje ( un buffer si un preamplificator rf) si sa am impedanta la iesirea din transformator de 50 ohmi.
    Cum calculez transformatorul ? ….sau nu intreb bine ?

    • Salut.

      Din pacate nu am deloc experienta de proiectare in radiofrecventa, asa ca nu te pot ajuta la faza asta.

      • Multumesc , esti foarte amabil pentru ca raspunzi la intrebari desi cred ca esti foarte ocupat.Inca o data multumesc

  4. Multumesc Ciprian, pare-se ca tainele microelectronicii sunt mult mai adinci decit mi-am imaginat, asa ca o so las balta cu intentia de a-mi imagina chiar toata aceasta miscare de microparticule. O sa iau de bune explicatiile date, ca oricum la nivel pragmatic conteaza mai putin ce traseu au acele “bilute de plumb” daca se deplaseaza longitudinal sau transversal pe conductor. Banuesc ca important este sa inteleg rolul si efectele practice al acestor miscari. Cu deosebita consideratie.

  5. Salut Ciprian. Cred ca am inteles in mare parte explicatiile foarte bune pe care le dai. Am o intrebare, poate naiva, dar ma tot framinta: atunci cind spunem ca electronii sau curentul i-si schimba sensul de nu stiu cite ori pe un conductor, cum sa-mi imaginez ca electroni fug de la un capat la altul al cablului electric intre bornele unui generator sau pe sectiunea transversala a acestuia.Sunt atit de confuz in ceea ce priveste traseul acestor elecroni ca nici nu stiu daca am pus bine intrebarea, dar contez pe spiritul tau pedagogic sa intelegi exact ce vreau sa stiu. Multumesc si toate cele bune

    • Salut.

      Imagineaza-ti conductoarele electrice ca niste materiale poroase prin care pot circula electroni intr-un sens sau in celalalt, in functie de cum ii impinge sau ii atrage polaritatea bornelor sursei de tensiune. Deci electronii nu fug, ci sunt impinsi sau atrasi de o “presiune electrica” invizibila data de tensiune electrica a sursei de tensiune.

      Nu exista comparatie cu obiecte din realitatea de zi cu zi care sa arate pe viu cat de rapid se pot misca electronii. Electronii se misca cu viteza luminii iar noi nu putem percepe cu puterea imaginatiei ce inseamna asta. Nu ne putem ajunge sa simtim diferenta dintre o piatra care se misca cu 10km/h si o alta piatra care se misca cu viteza luminii (300.000 km/s). Asa ca nu ne ramane sa incercam sa acceptam ca ei electronii se misca cu o viteza atat de mare incat este dincolo de puterea de perceptie a simturilor noastre.

      Daca vrei sa-ti imaginezi traseul electronilor imagineaza-ti traseul parcurs de apa printr-un burete: trece prin zonele goale si le ocoleste pe cele pline. La fel si electronii: ocolesc zonele “pline” din material (atomii) si trec prin zonele libere (spatiul dintre atomi). Cu alte cuvinte, electronii intr-un material nu circula in linie dreapta ci ocolind obstacolele din material. Iar acele obstacole reprezinta tocmai rezistenta electrica a acelui material: cu cat aceasta este mai mare, cu atat electronii vor avea de evitat mai multe obstacole. Chiar daca electronii se misca cu viteza luminii, datorita faptului ca trebuie sa o ia pe atatea drumuri ocolitoare viteza echivalenta este de fapt mai mica mica decat viteza luminii. (Extrapoland, cu cat materialul prin care trec electronii are mai putini atomi, cu atat electronii au de parcurs mai putine drumuri ocolitoare si deci au o viteza echivalenta mai mare. Viteza echivalenta maxima – 300000 km/s se atinge in vid, adica atunci cand electronii circula prin spatiul gol, unde nu exista nici un atom care sa-i forteze sa o ia pe drumuri ocolitoare)

      Nu mai tin minte unde am citit asta, dar ca sa ai o idee, viteza echivalenta a electronilor prin materialele obisnuite este de ordinul metrilor pe ora sau pe zi. Asta inseamna ca unui electron ii poate lua si o zi ca sa circule de la borna MINUS la borna PLUS. Iar in cazul unui curent alternativ (unde electronii trebuie sa-si schimbe sensul de foarte multe ori pe secunda), un electron nu va avea niciodata timp sa ajunga de la o borna la cealalat; el se va deplasa inainte si inapoi pe o distranta de doar cateva fractiuni de milimetru.

      Prevad ca e posibil sa te intrebi: cum de efectele curentului electric pot fi atat de puternice avand in vedere ca electronii de fapt se deplaseaza atat de incet ?
      Raspunsul e simplu: un electron bleg nu creeaza efecte importante, insa un curent electric nu e format dintr-un singur electron, ci din miliarde si miliarde de electroni. Iar efectele lor se aduna. Or fi ei slabi, dar sunt multi, fantastic de multi, mult mai multi decat stelele de pe cer :D.

      Succes,
      Ciprian

  6. Spui ca reactanta inductiva creste odata cu frecventa curentului electric. Inteleg aici ca reactanta creste odata cu cresterea frecventei.
    Spui ca reactanta capacitica scade odata cu frecventa curentului electric. Inteleg ca reactanta scade odata cu scaderea frecventei?

      • Adica ambele merg in aceeasi directie cu frecventa; daca frecventa creste va creste si reactanta inductiva si cea capacitiva, respectiv daca frecventa scade vor scadea ambele reactante.

          • Pentru tine fraza ‘reactanta unui condensator scade cu frecventa’ inseamna ca reactanta scade odata cu CRESTEREA frecventei. Pentru mine inseamna ca reactanta scade odata cu SCADEREA frecventei – vezi primul meu post, pe care mi l-ai confirmat ca fiind corect.
            E doar o chestiune de claritate la mijloc, pentru un electronist probabil suna logic ce spui tu, pentru un om non-tehnic e uneori nevoie ca fraza sa fie o idee mai explicita. Am inteles acum. Merci frumos.

  7. Este interesant ce ce am citit dar va rog sa ma ajutati cu o problema care o am la servici (sunt electrician).La aprinderea unui grup de neoane de 65w imi sare siguranta de 16A iar in functionare ia (4,5 – 7 )Amperi. Cu respect eugen.

    • Pai grupul respectiv de tuburi fluorescente consuma la pornire un curent mult mai mare decat in functionare normala. Asa ca ori pui o siguranta mai mare ori te gandesti sa faci cumva sa imparti acel grup in mai multe subgrupuri care vor fi aprinse pe rand (si nu simultan ca acum).

    • Pai pune si tu startere diferite, asa, ai sa ai momentul de ignite diferit la fiecare corp de iluminat. Sau, in loc de 2p 16A, pune una de 2p 20A plus o protectie termica de 10A, ai voie chiar daca ai cablu de 2,5mmp.

  8. intradevar, sunteti un profesor foarte bine pregatit, se vede ca simtiti chestiile astea. Mi-ar fi placut sa pot beneficia si eu (acum 25 ani) de toate aceste explicatii si sunt sigur ca as fi iubit electrica/ electronia. tineti-o tot asa!

        • Salut !

          La care combina te referi ? La cea muzicala, la cea frigorifica, la cea de recoltat grau 🙂 ?

          Apoi, cu ce te deranjeaza ca ia un curent mare de pornire ? Sau cu alte cuvinte, ce vrei sa obtii/imbunatatesti prin reducerea curentului de pornire ?

  9. “C este inductanţa bobinei, exprimată în Farazi ” -> C este de fapt capacitatea condensatorului, nu a bobinei. Gresala de tipar 🙂

Leave a Comment