Электрического сопротивление - величина, характеризующая противодействие элемента электрической цепи электрическому току. Сопротивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии. В цепях переменного тока различают необратимое преобразование энергии и обмен энергией
между элементами электрической цепи. При необратимо преобразовании электрической энергии в другие виды энергии сопротивление элемента, на котором эти преобразования происходят, называется активным, а в случае обмена энергией между источником и элементом цепи — реактивным сопротивлением.
В электроплитке электроэнергия преобразуется в тепловую энергию необратимо, поэтому электроплитка обладает активным сопротивлением R. Активное сопротивление имеют также элементы, в которых происходит преобразование электроэнергии в световую (электролампы), механическую (электродвигатели) энергию и т. д.
В катушке индуктивности переменный ток периодически образует магнитное поле. В момент времени, когда i = Im, энергия магнитного поля Wм = LI2m/2 максимальна, а когда i= 0, Wм= 0.
Под действием переменного тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС, направлена встречно току при его возрастании и в одну сторону с током при его убывании. Таким образом, ЭДС самоиндукции противодействует изменению тока, обусловливая индуктивное сопротивление XLкатушки. За счет ЭДС самоиндукции происходит возврат энергии магнитного поля катушки в электрическую цепь. В результате источник и катушка обмениваются энергией, подобно маятнику, при колебаниях которого происходит взаимное преобразование кинетической и потенциальной энергии. Значит, индуктивное сопротивление катушки является реактивным сопротивлением.
При постоянном токе ЭДС самоиндукции не возникает, поэтому индуктивное сопротивление равно нулю. В конденсаторе, подключенном к источнику переменного напряжения (см. рис. 4.14), изменяется заряд q = Си, и, следовательно, в элементах цепи между источником и конденсатором проходит переменный ток. При этом в момент времени, когда конденсатор полностью заряжен, u—Umи энергия электрического поля конденсатора
Wb= CU2m/2 максимальна.
Току цепи оказывает противодействие напряжение конденсатора, обусловливающее емкостное сопротивлениеХс. Это сопротивление ввиду обмена энергией между источником и конденсатором является реактивным.
После зарядки конденсатора в цепи постоянного тока напряжение электрического поля конденсатора уравновешивает напряжение источника
(Uc = U) и ток отсутствует, т. е. сопротивление конденсатора в цепи постоянного тока равно бесконечности.
Сравнивая энергию магнитного поля WM= LI2/2 и электрического поля
Wэ= CU2/2 с кинетической энергией WK = mv2/2 в механике, делаем вывод, что подобно тому как масса т является мерой инерции при энергетических преобразованиях в маятнике, индуктивность L и емкость С являются мерой инерции (мерой сопротивляемости) при энергетических преобразованиях в электрической цепи переменного тока.
Это отражается в формулах XL = ωL и Хс = 1/(ωС)
Отметим также, что катушка и конденсатор при переменном токе в течение периода работают то в режиме потребителя, когда запасают энергию магнитного или электрического поля, то в режиме генератора, когда возвращают эту энергию назад в электрическую цепь.
Можно сказать обобщенно, что физическим смыслом как активного, так и реактивного сопротивления является противодействие току падения напряжения на элементе цепи. При этом мгновенное значение падения напряжения на активном сопротивлении направлено всегда встречно току, а на реактивном сопротивлении — согласно или встречно току, в обоих случаях противодействуя изменению тока.
Реальные элементы цепи обладают активным, индуктивным и емкостным сопротивлением одновременно. Однако в ряде случаев одним или двумя из этих сопротивлений можно пренебречь из-за их малых значений.
Так, как конденсатор обладает только емкостным сопротивлением (если пренебречь потерями энергии в нем), лампы накаливания – только активным, а обмотки двигателя и трансформатора – активным и индуктивным.
