Ressonância de correntes
Conexão paralela de um capacitor e um indutor em um circuito de corrente alternada
Considere os fenômenos na cadeia corrente alternadacontendo um gerador, capacitor e indutor conectados em paralelo. Suponha que o circuito não tenha resistência ativa.
Obviamente, em tal circuito, a tensão da bobina e do capacitor a qualquer momento é igual à tensão desenvolvida pelo gerador.
A corrente total em um circuito consiste nas correntes em seus ramos. A corrente no ramo indutivo está atrasada em relação à tensão em um quarto do período, e a corrente no ramo capacitivo está adiantada no mesmo quarto do período. Portanto, as correntes nos ramos em qualquer instante de tempo acabam sendo defasadas uma em relação à outra em meio período, ou seja, estão em antifase. Assim, as correntes nos ramos a qualquer momento são direcionadas uma para a outra, e a corrente total na parte não ramificada do circuito é igual à sua diferença.
Isso nos dá o direito de escrever a igualdade I = IL -circuito integral
onde eu- valor efetivo da corrente total no circuito, I L e circuito integrado — valores efetivos de correntes nos ramos.
Usando a lei de Ohm para determinar os valores efetivos da corrente nos ramos, obtemos:
Il = U / XL e Az° C = U / XC
Se o circuito for dominado por resistência indutiva, ou seja. XL Mais ▼ XC, a corrente na bobina é menor que a corrente no capacitor; portanto, a corrente na seção não ramificada do circuito é de natureza capacitiva e o circuito como um todo para o gerador será capacitivo. Inversamente, com XC maior que XL, a corrente no capacitor é menor que a corrente na bobina; portanto, a corrente na seção não ramificada do circuito é indutiva e o circuito como um todo para o gerador será indutivo.
Não se deve esquecer que em ambos os casos a carga é reativa, ou seja, o circuito não consome a energia do gerador.
Ressonância de correntes
Vamos agora considerar o caso em que o capacitor e a bobina conectados em paralelo acabaram sendo iguais em sua reatância, ou seja, XlL = X°C.
Se, como antes, assumirmos que a bobina e o capacitor não têm resistência ativa, então se suas reações forem iguais (YL = Y° C) a corrente total na parte não ramificada do circuito será zero, enquanto nas ramificações será igual as correntes fluirão com maior magnitude. Nesse caso, ocorre o fenômeno das correntes de ressonância no circuito.
Na ressonância de corrente, os valores efetivos das correntes em cada ramo, determinados pelas relações IL = U / XL e Аz° С = U / XC serão iguais entre si, de modo que XL = XC.
A conclusão a que chegamos pode parecer estranha à primeira vista. Na verdade, o gerador é carregado com duas resistências e não há corrente na parte não ramificada do circuito, enquanto correntes iguais e, além disso, as maiores circulam nas próprias resistências.
Isso é explicado pelo comportamento do campo magnético da bobina e campo elétrico de um capacitor… Na ressonância de correntes, como em ressonância de tensão, há uma flutuação de energia entre o campo da bobina e o campo do capacitor. O gerador, após comunicar a energia ao circuito, parece estar isolado. Ele pode ser desligado completamente e a corrente na parte ramificada do circuito será mantida sem gerador pela energia que o circuito armazena inicialmente. Além disso, a tensão nos terminais do circuito permanecerá exatamente a mesma desenvolvida pelo gerador.
Assim, quando o indutor e o capacitor são conectados em paralelo, obtemos um circuito oscilador que difere do descrito acima apenas porque o gerador que cria as oscilações não está conectado diretamente ao circuito e o circuito é fechado. Gráficos de correntes, tensão e potência no circuito em ressonância de correntes: a — a resistência ativa é igual a zero, o circuito não consome energia; b — o circuito tem uma resistência ativa, uma corrente apareceu na parte não ramificada do circuito, o circuito consome energia
L, C e e, em que ocorre a ressonância de corrente, são determinados, como na ressonância de tensão (se desprezarmos a resistência ativa do circuito), pela igualdade:
ωL = 1 / ω°C
Portanto:
eres = 1 / 2π√LC
Lres = 1 / ω2C
Peça = 1 / ω2L
Mudando qualquer uma dessas três quantidades, a igualdade Xl = X° C pode ser alcançada, ou seja, transformar o circuito em um circuito oscilante.
Assim, temos um circuito oscilante fechado no qual podemos induzir oscilações elétricas, ou seja, corrente alternada. E se não fosse pela resistência ativa que todo circuito oscilante possui, uma corrente alternada poderia existir continuamente nele.A presença de resistência ativa leva ao fato de que as oscilações no circuito diminuem gradativamente e, para mantê-las, é necessária uma fonte de energia - um alternador.
Em circuitos de corrente não senoidais, modos ressonantes são possíveis para vários componentes harmônicos.
As correntes ressonantes são amplamente utilizadas na prática. O fenômeno da ressonância de corrente é utilizado nos filtros passa-faixa como um "grampo" elétrico que atrasa uma determinada frequência. Como existe uma resistência de corrente significativa na frequência f, a queda de tensão no circuito na frequência f será máxima. Essa propriedade do loop é chamada de seletividade, é usada em receptores de rádio para isolar o sinal de uma determinada estação de rádio. Um circuito oscilante operando em um modo ressonante de correntes é um dos principais componentes geradores eletrônicos.