Резонанс напряжений. Последовательный колебательный контур

Резонанс напряжений в цепях переменного тока это такой процесс, при котором на отдельных элементах цепи возникает напряжение больше чем питающее. Такой процесс возникает в цепях, состоящих из последовательно соединённых емкости и индуктивности. В так называемом последовательном колебательном контуре.

Для наступления резонанса в цепи переменного тока необходимо чтобы выполнялись условия. Во-первых, реактивное сопротивление индуктивности должно быть равно реактивному сопротивления емкости. При этом активное сопротивление такого контура должно быть минимальным.

Во вторых собственная частота последовательного колебательного контура состоящего из индуктивности и емкости должна совпадать с частотой питающего напряжения. Тогда в цепи наступает резонанс напряжений. Энергия, накопленная в магнитном поле, полностью переходит в энергию электрического поля в конденсаторе и наоборот.

А для источника переменного напряжения такая цепь становится практически закороткой и в ней протекает максимально возможный ток. Ограниченный только активным сопротивлением контура. Поскольку реактивные сопротивления индуктивности и емкости на резонансной частоте становятся равные нулю и энергия в них не рассеивается. В отличии от активного сопротивления в котором по закону джоуля ленца выделяется тепло.

При изменении частоты питающего напряжения или параметров контура резонанс исчезает. Напряжение на элементах цепи распределяется в соответствии с законом Ома. То есть падение напряжения на емкости и индуктивности будет равно току, умноженному на их реактивные сопротивления.

В случае резонанса напряжение на емкости или индуктивности будет в Q раз больше чем напряжение источника. Q это добротность контура величина обратная коэффициенту затухания колебаний в контуре. Таким образом, чем выше добротность контура, тем выше будет увеличение напряжения.

Увеличение напряжения происходит из-за того что в контуре постепенно накапливается энергия. Напряжение источника возбуждает колебания в контуре. Амплитуда, которых будет, увеличивается пока потери в колебательном контуре не станут равны энергии отдаваемой источником.

Этот процесс можно представить на примере человека раскачивающего качели. Человек, стоя на земелек, сообщает энергию качелям толкая их. Качели, постепенно раскачиваясь, увеличиваю амплитуду колебаний. Наступает момент, когда рука раскачивающая качели останавливается, а качели по инерции движутся дальше. Но увеличение амплитуды раскачивания не безгранично ему противодействуют силы тяжести и трения. Когда все силы уравновесятся тогда и будет максимальная амплитуда колебаний.