Di S. Hussain Ather , Aggiornato il 24 marzo 2022
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La corrente continua (CC) scorre in un'unica direzione costante. La corrente alternata (CA) inverte periodicamente la direzione, producendo una forma d'onda sinusoidale che può essere descritta dalla sua frequenza.
In un circuito CC, la relazione tra tensione (V), corrente (I) e resistenza (R) è descritta dalla legge di Ohm:V =IR . Per la corrente alternata vale la stessa legge, ma la resistenza viene sostituita dall'impedenza (Z), che cattura sia gli effetti resistivi che quelli reattivi.
L'impedenza può essere espressa come un numero complesso:Z =R + jX , dove R è la resistenza reale e X è la reattanza fornita da induttori e condensatori.
Per sorgenti sinusoidali, la corrente istantanea è I =I_msin(ωt + θ) , dove Io_sono è la corrente di picco, ω =2πf è la frequenza angolare e θ è lo sfasamento. La tensione corrispondente è V =V_msin(ωt) .
Dividendo la tensione per la corrente si ottiene l'impedenza:
Z =V_msin(ωt) / (I_msin(ωt + θ))
Le reattanze sono definite come:
Reattanza induttiva: X_L =2πfL (in ohm, dove L è l'induttanza in Henry).
Reattanza capacitiva: X_C =1 / (2πfC) (in ohm, dove C è la capacità in farad).
L'entità dell'impedenza totale per le configurazioni comuni è:
In un circuito RLC parallelo, la corrente totale proveniente dalla sorgente è uguale alla somma vettoriale delle correnti attraverso ciascun ramo:
I_S² =I_R² + (I_L – I_C)²
L'impedenza di ciascun ramo può essere calcolata dalla sua tensione:R =V / I_R , X_L =V / I_L , X_C =V / I_C . L'ammettenza complessiva (Y =1/Z ) è quindi:
Y =√[(1/R)² + (1/X_L – 1/X_C)²]
In una serie RLC, la stessa corrente scorre attraverso tutti i componenti. Le cadute di tensione su ciascun elemento si sommano algebricamente alla tensione di alimentazione:
V_S – V_R – V_L – V_C =0
Dove V_R =IR , V_L =IX_Lsin(ωt + 90°) e V_C =IX_Csin(ωt – 90°) . Le relazioni di fase evidenziano che gli induttori anticipano la tensione di 90°, mentre i condensatori sono in ritardo di 90°.
Comprendere la distinzione tra resistenza CC e impedenza CA è essenziale per progettare sistemi di distribuzione dell'alimentazione, selezionare componenti per circuiti elettronici e risolvere problemi elettrici. I calcoli accurati dell'impedenza consentono agli ingegneri di prevedere cadute di tensione, perdite di potenza e sfasamenti nelle applicazioni del mondo reale.
Sebbene la fisica di base dei circuiti elettrici rimanga la stessa, la presenza di segnali alternati introduce elementi reattivi che alterano il modo in cui calcoliamo la resistenza. Applicando la legge di Ohm all'impedenza e utilizzando le formule corrette per la reattanza induttiva e capacitiva, gli ingegneri possono modellare con precisione sia i circuiti CC che CA per ottenere prestazioni ottimali.
