Понимание физического значения и эффекта рассинхронизации напряжения и тока

В переменном токе у нас могут быть катушки индуктивности и конденсаторы, из-за которых напряжение и ток не синхронизируются.

введите описание изображения здесь

В начале я застрял, потому что как может быть, что сначала напряжение, а потом ток? Теперь я понял, что дело не в токе и не в самом напряжении, что происходит раньше или позже другого.

Это то, как значения увеличиваются и уменьшаются, что не синхронизировано.

И напряжение, и ток начинают одновременно существовать в одно и то же время, но их значения увеличиваются, уменьшаются и равны нулю в разное время.

Это во многом прояснило мои идеи, но я изо всех сил пытаюсь визуализировать, что на самом деле происходит в каждом случае.

Я думаю, что это можно разбить на:

  • Влияние напряжения больше, чем тока.
  • Влияние напряжения ниже тока.
  • Эффект наличия любого напряжения и нулевого тока.
  • Эффект наличия нулевого напряжения и любого тока.

Помимо этих фактов, также необходимо разобраться с тем, что происходит с положительными и отрицательными значениями, которые можно разбить на:

  • Эффект наличия противоположного напряжения и тока.
  • Эффект наличия напряжения и тока в одном направлении.

Может ли кто-нибудь привести некоторые аналогии или упрощенные представления, где можно понять эффект этого?

Конечно, аналогии могут быть не на 100% точными или могут чрезмерно упрощать вещи, но лучше иметь простое понимание, чем ничего. Это означает: любое последовательное понимание будет высоко оценено.

Чтобы не делать этот вопрос ленивым, поясню, что подсказывает мне моя интуиция:

Эффект превышения напряжения над током:

Высокое напряжение и низкий ток означают, что какая-то сила отталкивает ток назад. Также может быть, что в цепи имеется только небольшое количество заряда.

Влияние напряжения ниже тока:

Низкое напряжение и большой ток означают, что есть дополнительная сила, помогающая току течь быстрее.

Эффект наличия любого напряжения и нулевого тока:

Я не могу этого понять. Единственный способ добиться этого — создать барьер, который не позволяет носителям заряда пересекать этот барьер.

Эффект нулевого напряжения и любого тока:

У тока нет никакой мотивации течь, если нет напряжения. Это могло произойти только при наличии какой-то инерции.

Эффект наличия противоположного напряжения и тока:

Это еще более безумно. Напряжение толкает заряды от A к B, но они просто решают перейти от B к A. Что-то должно быть причиной такого обратного поведения.

Эффект наличия напряжения и тока в одном направлении:

Это кажется очень нормальным.

Слишком упрощенный вывод:

Мой мозг взрывается, когда я пытаюсь собрать все это воедино.

Но вот что он понимает (не могли бы вы исправить неправильные утверждения?):

Напряжение — это то, что на самом деле создается в источнике (например, магнит, который входит и выходит из катушки).

Течение тока является следствием напряжения (и никогда наоборот).

Тот факт, что магнит плавно входит и выходит, объясняет синусоидальную форму переменного тока.

Плавно от -макс до макс, стоп, плавно от макс до -макс.

В простой цепи с сопротивлением и напряжение, и ток идут вместе.

Если я введу конденсатор, способный накапливать заряды ... он некоторое время «ворует» ток, пока он просто не перестанет «воровать» (= не будет заполнен). Это привело бы к исчезновению или остановке тока в какой-то момент, но это явно не относится к волнам, показанным выше.

Если я введу индуктор, останавливающий поток зарядов до тех пор, пока не будет создано магнитное поле... он «отталкивает» заряды до тех пор, пока они просто не продолжат свое движение. Это заставило бы ток и напряжение синхронизироваться в какой-то момент, но это явно не связано с волнами, показанными выше.

Если я введу и конденсатор, и катушку индуктивности, его можно будет разбить на наличие только одного из них. Побеждает тот, кто «больше». И его поведение можно было понять, поняв предыдущие.

Это широкий вопрос, но я чувствую, что это единственный способ задать его, поскольку это общая картина, и нет смысла разбивать ее на множество небольших отдельных вопросов.

Спасибо за внимание.

Источник изображения : wikiwand.com

Под "напряжением" ты подразумеваешь "напряжение"?
@aditya_stack Да, я обновлю вопрос и изменю слово.

Ответы (1)

Вместо того, чтобы пытаться отвечать на каждый из ваших комментариев по одному, я попытаюсь дать вам как математическое, так и физическое объяснение волновых форм. Если это объяснение не отвечает на ваш конкретный вопрос, дайте мне знать в комментариях.

КОНДЕНСАТОР :

Математическое объяснение:

Основное соотношение между током и напряжением для конденсатора:

я ( т ) "=" С г в ( т ) г т

На вашей схеме напряжение представляет собой синусоиду. Производной синуса является косинус, который является вашей текущей формой волны.

Физическое объяснение:

Предыдущее уравнение можно переписать:

в ( т ) "=" 1 С ∫ 0 т я ( т ) г т

Где начальное напряжение на конденсаторе равно нулю.

Связь между напряжением, зарядом и емкостью

В "=" Вопрос С

Поскольку ток — это скорость доставки заряда к конденсатору, интеграл говорит нам, что для доставки этого заряда к конденсатору требуется время, что, в свою очередь, означает, что требуется время для накопления напряжения на конденсаторе. Поэтому говорят, что вы не можете изменить напряжение на идеальном конденсаторе мгновенно (т. е. за нулевое время). Таким образом, хотя у нас изначально есть ток при t = 0, у нас нет напряжения при t = 0.

Со временем напряжение на конденсаторе возрастает. Когда это происходит, это уменьшает ток, подаваемый источником. Вот почему ток уменьшается, а напряжение на конденсаторе увеличивается. Когда напряжение достигает максимума, ток равен нулю. Теперь ток меняет направление, что означает, что заряд теперь сходит с конденсатора. Это снижает напряжение на конденсаторе. Когда напряжение равно нулю, ток имеет максимальное отрицательное значение.

ИНДУКТОР :

Математическое объяснение:

Основное соотношение между током и напряжением для индуктора:

в ( т ) "=" л г я ( т ) г т

На вашей диаграмме ток равен косинусу. Производная косинуса - это минус синус, который является вашей формой волны напряжения.

Физическое объяснение:

Предыдущее уравнение можно переписать:

я ( т ) "=" 1 л ∫ 0 т в ( т ) г т

Где начальный ток в катушке индуктивности равен нулю.

Интеграл говорит нам, что для изменения тока в индукторе требуется время, или, другими словами, вы не можете изменить ток в идеальном индукторе мгновенно (за нулевое время). По этой причине говорят, что напряжение опережает ток (или ток отстает от напряжения) в катушке индуктивности. Напряжение (ЭДС), индуцированное в катушке индуктивности, сопротивляется изменению тока. Со временем ток увеличивается, а напряжение уменьшается. Ток является максимальным или минимальным, когда напряжение равно нулю.

Надеюсь это поможет.

Это прекрасное объяснение, большое спасибо.
@AlvaroFranz Добро пожаловать!
Понимание физического значения и эффекта рассинхронизации напряжения и тока
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v