Circuitul serie cu inductor (RL)Definitie-Curentul alternativCurentul alternativ este curentul electric care isi schimba sensul periodic,de doua ori pe perioada,si ale carui variatii in timp sunt identice in cele doua jumatati de perioada,cu exceptia semnului.

1.Cazul inductorului ideal (RL=0). Fie L inductanta inductorului. (figura1a). Tensiunea aplicata circuitului u=Umsin t trebuie sa compenseze t.e.m. autoindusa in inductor.Deci: u+eL=0 sau L= d i / d l = Umsint de unde d i = Um / L sintdt Integrand obtinem i= -Um/Lcost=Um / XLsin (t/2). Intensitatea curentului este: i=lmsin(t-/2). Reactanta inductiva este marimea XL=L Are dimensiunea undei rezistente si se exprima in .

Legea lui Ohm.Comparatie:

i= -Um/Lcost=Um / XLsin (t-/2)cu

i=lmsin(t-/2)rezulta ca: Um=ImXL sau UL=IXL Concluzie: In circuitul de c.a. cu inductor pur curentul este defazat cu /2 in urma tensiunii (figura1 b si c);valorile maxime si efective ale curentului si tensiunii satisfac legea lui Ohm pentru c.c. ,daca rezistenta ohmica se inlocuieste cu reactanta inductiva.

2.Cazul inductorului real.Inductorul real este caracterizat prin inductanta L si rezistenta ohmica R(=RL).In circuitul de c.a. inductorul real are doua efecte: -introduce o rezistenta supimentara,egala cu XL; -defazeaza curentul in urma tensiunii cu unghiul o) Legea a doua a lui Kirchhoff,scrisa pentru circuitul din figura 2 are forma u+eL=uR unde: eL =-L(d i/d t) iar uR=i R L(d i/d t)=ImLcos(t-)=ULsin(t+/2)

Calculul fazorial.Atribuim fazorul tensiunii aplicate U rol fundamental si-l orientam sub unghiul t fata de directia OX (figura 3).Fazonul curentului I si al tensiunii pe rezistor UR sunt defazati in urma cu unghiul fata de U.Fazorul tensiunii UL este defazat inaintea fazorului curentului(si tensiunii pe rezistor) cu /2.Rezultanta fazorilor UR si UL reprezinta fazorul tensiunii U in circuit adica UR+UL=U. Legea lui Ohm.Din diagrama rezulta: U=UR+UL=IR+XL=IZL Impedanta circuitului RL este marimea: ZL=R+XL care are dimensiunea unei rezistente si se exprima in . Defazajul intre tensiune si curent,rezulta din diagrama: tg=XL / R=L/R Diagrama tensiunilor trece in diagrama fazoriala a rezistentelor(figura 3b),daca exprimam tensiunile prin legea lui Ohm si simplificam curentul.

Studiu experimentalEfectul rezistiv al inductorului se pune in evidenta,cu ajutorul circuitului din figura 2 ,in care valoarea reactantei inductice a inductorului fara miez de fier, XL0=L0,este neglijabila fata de rezistenta ohmica R a circuitului. Valoarea maxima a curentului in circuit este determinata atunci de R si este aproximativ egala cu valoarea curentului in c.c. cand circuitul este alimentat la tensiunea Um constanta. Introducand in bobina un miez de fier cu r =~ 10,valoarea inductantei creste la L=~ rL0=10L0.De acelasi numar de ori creste si reactanta inductiva XL a circuitului.In consecinta,la introducerea miezului de fier in bobina,intensitatea curentului in circuit scade,ceea ce se poate constata cu ajutorul ampermetrului A sau a unui bec inseriat in circuit.

Cu ajutorul circuitului din figura 4a se poate pune in evidenta,pe ecranul osciloscopului ambele efecte ale inductorului in circuit de c.a. .Pe ecran apare tabloul din figura 4b.Fara miez de fier in bobina L=L0=~0 si inductorul se comporta ca un rezistor ideal,de rezistenta R=RL .Curentul(sinusoida trasata punctat)este in faza cu tensiunea(linia neagra plina).La introducerea miezului de fier,amplitudinea curentului scade cu Im si in acelasi timp curentul ramane in urma(ca faza) fata de tensiune.

Studiu experimentalEfectul rezistiv al inductorului se pune in evidenta,cu ajutorul circuitului din figura 2 ,in care valoarea reactantei inductice a inductorului fara miez de fier, XL0=L0,este neglijabila fata de rezistenta ohmica R a circuitului. Valoarea maxima a curentului in circuit este determinata atunci de R si este aproximativ egala cu valoarea curentului in c.c. cand circuitul este alimentat la tensiunea Um constanta. Introducand in bobina un miez de fier cu r =~ 10,valoarea inductantei creste la L=~ rL0=10L0.De acelasi numar de ori creste si reactanta inductiva XL a circuitului.In consecinta,la introducerea miezului de fier in bobina,intensitatea curentului in circuit scade,ceea ce se poate constata cu ajutorul ampermetrului A sau a unui bec inseriat in circuit.

Cu ajutorul circuitului din figura 4a se poate pune in evidenta,pe ecranul osciloscopului ambele efecte ale inductorului in circuit de c.a. .Pe ecran apare tabloul din figura 4b.Fara miez de fier in bobina L=L0=~0 si inductorul se comporta ca un rezistor ideal,de rezistenta R=RL .Curentul(sinusoida trasata punctat)este in faza cu tensiunea(linia neagra plina).La introducerea miezului de fier,amplitudinea curentului scade cu Im si in acelasi timp curentul ramane in urma(ca faza) fata de tensiune.

ConcluzieIn circuitul de curent alternativ inductanta introduce o rezistenta reactiva XL si defazeaza curentul in urma fata de tensiune;valorile maxime si efective ale curentului si tensiunii satisfac legea lui Ohm daca rezistenta ohmica se inlociieste cu impedanta ZL a circuitului.

Cartea Elemente fundamentale de fizica,editura DACIA.