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感抗&容抗

感抗:


简介


交流 电 \color{blue}{交流电} 交流电也可以通过线圈,但线圈的电感阻碍交流电,称为 感 抗。交流电越难通过线圈,电感越大,电感越大 阻碍 作用 \color{blue}{阻碍作用} 阻碍作用 越大;交流电的频率越高,很难通过线圈,电感的障碍也很大。实验表明,感抗与电感成正比,与频率成正比。如果使用感抗XL表示,电感L表示,频率用f表示,其计算公式为


X L = 2 π f L \color{red}{ XL= 2πfL} XL=2πfL


感抗的单位是欧洲。了解交流电的频率f(Hz)电感和线圈L(H),感抗可以用上式计算。 简单地说,当线圈中的电流通过时,感应电磁场会在线圈中形成,感应电磁场会在线圈中产生感应电流来抵抗通过线圈的电流。因此,我们称这种电流和线圈之间的相互作用为电的感应阻力,即电路中的电感。电感单元是亨利(H)我们可以利用电流和线圈的特殊性制造不同大小值的电感器件,形成不同功能的电路系统网络.


公式详解

X L = ω L = 2 π f L \color{red}{XL = ω L = 2π fL} XL=ωL=2πfL , X L \color{red}{XL} XL 是感抗,单位是欧姆 , ω \color{red}{ω} ω 由交流发电机运行 角 速 度 \color{red}{角速度} 角速度,单位为 弧度/秒, f 是频率,单位为 赫兹 ,L 是线圈电感,单位为 亨利。


详细说明

①当交流电通过电感线圈的电路时,电路中产生自感电动势,阻碍电流的改变,形成了感抗。自感系数越大则自感电动势也越大,感抗也就越大。如果交流电频率大则电流的变化率也大,那么自感电动势也必然大,所以感抗也随交流电的频率增大而增大。交流电中的感抗和交流电的频率、电感线圈的自感系数成正比。在实际应用中,电感是起着“阻交、通直”的作用,因而在交流电路中常应用感抗的特性来旁通低频及直流电,阻止高频交流电。 ② 在纯电感电路中,电感线圈两端的交流电压(u)和自感电动势(εL)之间的关系是u=-εL,而εL =-Ldi/dt,所以u=Ldi/dt。 正弦交流电作周期性变化,线圈内自感电动势也在不断变化。当正弦交流电的电流为零时,电流变化率最大,所以电压最大。当电流为最大值时,电流变化率最小,所以电压为零。由此得出 电感两端的电压位相超前电流位相π/2 (如图)。 在纯电感电路中,电流和电压的频率是相同的。 电感元件的阻抗就是感抗(XL=ωL=2πfL),它和ω、L都成正比。当 ω=0时则XL =0,所以电感起“通直流、阻交流”或者“通低频,阻高频”的作用。 ③在纯电感电路中,感抗不消耗电能,因为在任何一个电流由零增加到最大值的1/4周期的过程中,电路中的电流在线圈附近将产生磁场,电能转换为磁场能储藏在磁场里,但在下一个1/4周期内,电流由大变小,则磁场随着逐渐减弱,储藏的磁场能又重新转化为电能返回给电源,因而感抗不消耗电能 (电阻发热忽略不计)。




容抗:

概念

交流电是能够通过 电容的,但是将 电容器接入交流电路中时,由于电容器的不断 充电、 放电,所以电容器极板上所带电荷对定向移动的 电荷具有阻碍作用,物理学上把这种阻碍作用称为 容抗,用字母Xc表示。所以电容对交流电仍然有 阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。电容量大,交流电容易通过电容,说明电容量大,电容的阻碍作用小;交流电的 频率高,交流电也容易通过电容,说明频率高,电容的阻碍作用也小。


公式

实验证明,容抗和电容成反比,和频率也成反比。如果容抗用Xc表示,电容用C表示,频率用f表示,那么正弦交流电下的容抗 X c = 1 / ( 2 π f C ) \color{red}{Xc=1/(2πfC)} Xc=1/(2πfC) X c = 1 / ( ω × C ) = 1 / ( 2 π f C ) \color{red}{Xc = 1/(ω×C)= 1/(2πfC)} Xc=1/(ω×C)=1/(2πfC) Xc--------电容容抗值; 欧姆 ω---------角频率(角速度) π---------圆周率,约等于3.14 f---------频率,我国国家电网对工频是50Hz C---------电容值 法拉 知道了交流电的频率f和电容C,就可以用上式把容抗计算出来。


测量方法

万用表测电容器:用电阻档,根据电容容量选择适当的量程,并注意测量时对于电解电容黑表笔要接电容正极。 ①、估测微法级电容容量的大小:可凭经验或参照相同容量的标准电容,根据指针摆动的最大幅度来判定。所参照的电容不必耐压值也一样,只要容量相同即可,例如估测一个100μF/250V的电容可用一个100μF/25V的电容来参照,只要它们指针摆动最大幅度一样,即可断定容量一样。 ②、估测皮法级电容容量大小:要用R×10kΩ档,但只能测到1000pF以上的电容。对1000pF或稍大一点的电容,只要表针稍有摆动,即可认为容量够了。 ③、测电容是否漏电:对一千微法以上的电容,可先用R×10Ω档将其快速充电,并初步估测电容容量,然后改到R×1kΩ档继续测一会儿,这时指针不应回返,而应停在或十分接近∞处,否则就是有漏电现象。对一些几十微法以下的定时或振荡电容(比如彩电开关电源的振荡电容),对其漏电特性要求非常高,只要稍有漏电就不能用,这时可在R×1kΩ档充完电后再改用R×10kΩ档继续测量,同样表针应停在∞处而不应回返。


说明

①在纯电容 电路中,接通 电源时,电源的电压使 导线中自由电荷向某一方向作定向运动,由于电容器两极板上在此过程中电荷积累而产生 电势差,因而反抗电荷的继续运动,这样就形成容抗。

②对于带同样电量的电容器来说,电容越大,两板的电势差越小,所以容抗和电容成反比。交流电频率越高,充、放电进行得越快,容抗就越小。所、以容抗和频率也成反比。即Xc=1/ωC。

③在理想条件下,当ω=0,因为Xc=1/ωC,则Xc趋向无穷大,这说明直流电将无法通过电容,所以电容器的作用是“ 通交,隔直”。在交流电路中,常应用容抗的 频率特性来“ 通高频交流,阻低频交流”。

④在纯电容的电路中,电容器极板上的电量和电压的关系式是q=CU。同时在△t时间内电容器极板上电荷变化为△q所以电路中 电流为I=△q/△t,在电容电路中电容的基本规律是I=C·△u/△t。由于 正弦交流电在一周期内的电压作周期变化,所以电压的变化率(△u/△t)是在改变的。由此得出,当电压为零时,其 电压变化率(△q/△t)为最大,电路中电流也最大。反之,当电压为最大值时,其电压变化率(△u/△t)为零,电流也为零。所以 电路中电流的相位超前于电容两端电压的π/2。如图所示。

⑤ 在纯电容电路中的电容不消耗电能。因为在充电过程中,电容器极板间建立了 电场将电源的电能转换成 电场能,在放电过程中,电场逐渐消失,储藏的电场能又转换为电能返回给电源。所以 纯电容电路的有功功率为零,对外不作功,而无功功率的最大值QL=(I^2)Xc。

标签: 纯电容电路的容抗是多少

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