Quando si studia l'elettronica e i processi ad essa associati, non si può ignorare un concetto così importante come la risonanza attuale. Oltre all'elettronica, questo fenomeno fisico ha trovato applicazione in molti campi, tra cui l'ingegneria elettrica e persino la medicina.
Poiché la risonanza attuale viene utilizzata attivamente nella vita di tutti i giorni, è necessario comprenderne le caratteristiche e i principi di insorgenza e gli ambiti di applicazione sono necessari non solo per gli specialisti, ma anche per tutti coloro che sono interessati a questo argomento e che lavorano in esso le zone.
Contenuto:
- Definizione e significato fisico
- Nozioni di base sulla risonanza del circuito parallelo
- Analisi del fenomeno della risonanza in un circuito parallelo
- Formule e calcoli per le correnti risonanti
- Confronto tra risonanza parallela e serie
- Differenze e condizioni per il verificarsi della risonanza di corrente parallela
- Applicazione pratica della risonanza in serie e parallela
- Aspetti pratici della risonanza di corrente in un circuito oscillante parallelo
- Metodi di impostazione del circuito
- Calcolo della capacità e dell'induttanza risonanti
- Aree di utilizzo
- Applicazioni industriali e tecnologiche
- Telecomunicazioni e radioingegneria
- L'importanza del fenomeno per l'elettronica e l'elettrotecnica moderne
- Conclusione
Definizione e significato fisico
La risonanza di corrente è un fenomeno fisico caratterizzato dal fatto che la corrente in un circuito elettrico raggiunge il suo valore massimo in presenza di una certa frequenza di corrente alternata. Questo fenomeno è possibile solo in un circuito con corrente alternata, poiché gli elementi obbligatori che provocano la risonanza sono capacità e induttanza, sintonizzati sulla stessa frequenza.
Il significato fisico del fenomeno diventa chiaro se si considera il lato energetico del processo. La risonanza si verifica quando l'energia immagazzinata nel campo magnetico della bobina diventa uguale all'energia del campo elettrico del condensatore. In questo caso, le oscillazioni sono opposte in fase, a causa delle quali viene scambiata energia.
Nozioni di base sulla risonanza del circuito parallelo
Una risonanza che si verifica in un circuito oscillatorio parallelo o circuito rlc è considerata parallela. Un circuito parallelo contiene 3 elementi principali: r sta per resistenza, l sta per induttanza e c sta per capacità. Ogni elemento gioca un ruolo importante nella creazione della risonanza.
La condizione principale in cui il circuito oscillatorio entra in risonanza è la creazione dell'uguaglianza XL = XC. In questo caso, la resistenza del circuito oscillatorio alla corrente alternata aumenta in modo significativo, cioè appare una resistenza risonante, espressa dalla formula R res = L / CR.
Analisi del fenomeno della risonanza in un circuito parallelo
La risonanza in un circuito parallelo si verifica quando cambia la tensione frequentemente applicata ad esso, l'induttanza della bobina o la capacità del condensatore. In questo caso il valore della frequenza angolare necessaria per creare la risonanza è determinato dalla formula v (0) = 1/√LC.
Quando vengono soddisfatte determinate condizioni, la reattanza è zero e viene attivata la resistenza equivalente. In questo caso la tensione e la corrente di ingresso sono in fase. Questa è risonanza e la relazione presentata diventa la condizione principale affinché si verifichi.
Formule e calcoli per le correnti risonanti
Esistono diverse formule ben note per l'analisi e il calcolo, ognuna delle quali mira a determinare una caratteristica specifica.
Tre formule fondamentali:
- La formula che determina la frequenza di risonanza è fres = 1 / (2π√LC);
Qui fres indica la frequenza di risonanza espressa in hertz, π è una costante matematica pari al valore 3,14..., L è l'induttanza e C è la capacità del circuito elettrico.
- La formula per determinare l'ampiezza delle correnti è Ires = Ui/(ωL);
Qui Ires è l'ampiezza delle correnti, espressa in ampere, Uya è la tensione di pozzo sullo sfasatore, ω è la frequenza angolare (2πf) e L è l'induttanza.
- La formula per calcolare la resistenza attiva alla risonanza è Ract = Uya/Ires.
Qui Ract è la resistenza attiva in ohm, Uya è la tensione di pozzo sullo sfasatore e Ires è l'ampiezza delle correnti.
La conoscenza di queste formule consente a ingegneri e specialisti elettrici di progettare e configurare circuiti elettrici con elevata precisione.
Confronto tra risonanza parallela e serie
Esistono due tipi principali di risonanza corrente: serie e parallelo. Nel primo caso si presuppone una resistenza minima della fase zero, mentre la risonanza parallela è caratterizzata dalla creazione uguaglianza tra la resistenza di induttanza e capacità, che sono opposte in direzione e, di conseguenza, si compensano a vicenda amico.
Differenze e condizioni per il verificarsi della risonanza di corrente parallela
Il tipo dipende direttamente dai principi di connessione. Affinché si verifichi una risonanza parallela delle correnti, è necessaria una connessione parallela degli elementi del circuito e per una serie è necessaria una connessione seriale.
Il parallelo si verifica quando esiste una frequenza alla quale le reattanze hanno valori minimi. Per la serie è richiesta una frequenza alla quale viene stabilita l'uguaglianza tra le reattanze.
Applicazione pratica della risonanza in serie e parallela
Come si vede da quanto descritto, la differenza fondamentale tra i fenomeni risiede nel modo in cui sono collegati gli elementi reattivi, che influisce sulla definizione dei loro ambiti di applicazione.
La risonanza parallela ha trovato un uso attivo nei circuiti di controllo corrente in dispositivi e apparecchiature con controllo di frequenza. Per quanto riguarda la risonanza in serie, viene effettivamente utilizzata per creare filtri e regolatori di tensione.
Quando si sceglie tra risonanza parallela e serie, è necessario tenere conto dei requisiti del sistema e delle condizioni per il suo funzionamento efficace. Se la tensione è fondamentale, la risonanza in serie funzionerà perfettamente. Se la stabilità della corrente o della frequenza è importante, è adatta la risonanza parallela.
Aspetti pratici della risonanza di corrente in un circuito oscillante parallelo
Per comprendere meglio l'essenza del fenomeno, possiamo considerarlo utilizzando l'esempio di un circuito oscillatorio situato in un circuito elettronico. I suoi elementi principali sono una capacità, una bobina e un induttore collegati in parallelo.
La risonanza è associata al verificarsi di oscillazioni regolari di una certa frequenza quando l'energia del campo elettrico della capacità si trasforma nel campo magnetico dell'induttanza. Inizia una forte resistenza, eliminando la possibilità di passaggio senza ostacoli della corrente.
Quando viene applicata l'alimentazione, il condensatore accumula una carica pari alla tensione nominale della sorgente di corrente. Dopo lo spegnimento della sorgente, il condensatore si chiude nel circuito ad anello, garantendo un ulteriore trasferimento della scarica alla bobina. Passando attraverso di esso, la corrente provoca la generazione di un campo magnetico, a seguito del quale viene creata una forza autoinduttiva diretta verso la corrente.
Metodi di impostazione del circuito
Il processo di installazione viene eseguito in più fasi:
- A seconda delle specifiche di una particolare applicazione o sistema, viene determinata la frequenza richiesta. Questa potrebbe essere ad esempio la frequenza di una stazione radio quando si tratta di sintonizzare il ricevitore.
- Vengono selezionati gli elementi circuitali necessari, il cui valore è stabilito in base alla formula della frequenza di risonanza e della resistenza richiesta.
- Gli elementi selezionati sono collegati e configurati. Esistono due modi principali: modificare intenzionalmente i valori di induttanza/capacità degli elementi o utilizzare componenti regolabili (variabili).
Le opzioni presentate sono i metodi principali per mettere in risonanza un circuito. Dopo aver completato il processo di configurazione, è necessario verificare se la frequenza di risonanza soddisfa i parametri richiesti, nonché la stabilità del circuito alla frequenza impostata. Questo controllo viene effettuato utilizzando speciali apparecchiature di misurazione.
Calcolo della capacità e dell'induttanza risonanti
La capacità viene calcolata utilizzando la formula:
C = 1 / (4π² * L * F), dove L è l'induttanza e F è la frequenza di risonanza. Utilizzando la formula della capacità risonante, è possibile determinare la capacità richiesta del condensatore per ottenere lo stato risonante del circuito.
Per calcolare l'induttanza alla frequenza di risonanza si utilizza la seguente formula:
L = (1 / (4π² * C * F²)), dove C è la capacità e F è la frequenza.
Come si può vedere dalle formule presentate, esiste una relazione inversa tra capacità risonante e induttanza. Un aumento del valore di una di queste quantità porta ad una diminuzione del valore della seconda.
Aree di utilizzo
L'applicazione di questo fenomeno può essere riscontrata sia in ambiti altamente specializzati che nella vita di tutti i giorni.
Applicazioni industriali e tecnologiche
La risonanza parallela è stata ampiamente utilizzata in applicazioni industriali e tecnologiche. Ad esempio, nell'industria automobilistica questo fenomeno viene utilizzato per creare campi elettromagnetici che consentono di determinare lo stato del motore e di tutti i principali sistemi.
Sulla base della risonanza vengono misurati e controllati parametri quali temperatura, pressione o vibrazioni. Inoltre, viene eseguita la diagnostica generale dei sistemi. La risonanza viene utilizzata, tra gli altri, in un'ampia varietà di filtri, dispositivi medici e applicazioni.
Telecomunicazioni e radioingegneria
I ricevitori e i trasmettitori radio funzionano sintonizzandosi sulle frequenze desiderate. Un circuito oscillatorio viene utilizzato per amplificare il segnale e fornire il trasferimento delle informazioni. Questo processo è possibile solo se la frequenza del segnale corrisponde alla frequenza di risonanza del circuito, che viene utilizzata anche durante l'installazione di televisori e altre apparecchiature.
L'importanza del fenomeno per l'elettronica e l'elettrotecnica moderne
L'uso della risonanza garantisce il funzionamento più efficiente di dispositivi e sistemi elettrici/elettronici. La risonanza viene utilizzata per sintonizzare, amplificare e filtrare i segnali. Le proprietà di questo fenomeno consentono di ottenere la massima potenza e selettività dei segnali nella gamma radio, nonché la soppressione dei segnali non risonanti.
Conclusione
La risonanza di corrente è un fenomeno fisico basato sull'interazione di induttanza e capacità in un circuito. La scelta tra risonanza parallela o serie viene effettuata in base ai requisiti del sistema e ai risultati desiderati. L'uso della risonanza consente di amplificare, sintonizzare e regolare varie frequenze, grazie alle quali il fenomeno ha trovato applicazione nell'elettronica, nell'elettrotecnica, nella medicina estetica, nella radioingegneria e telecomunicazioni.
Pubblicato il 23/11/2023 Aggiornato il 23/11/2023 da Utente Elvira Kasimova
