Una delle famose leggi relative all'elettricità è la 'Legge di Ohm'. La legge di Ohms fornisce una relazione empirica che descrive il conduttività di vari materiali elettricamente conduttivi. Secondo questa legge, la corrente che scorre in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione attraverso il conduttore, con la resistenza come costante di proporzionalità. Qui, le unità di corrente sono Ampere, le unità di tensione sono fornite in volt e le unità di resistenza sono Ohm. In fisica, questa legge viene solitamente utilizzata anche per riferirsi a varie generalizzazioni della legge, come in forma vettoriale in elettromagnetica. Allo stesso modo, quando si lavora con AC induttori , viene utilizzata la legge ohm, dove la resistenza viene definita 'reattanza induttiva' invece di 'resistenza'.
Cos'è la reattanza induttiva?
Quando la tensione viene applicata a un induttore, viene indotta una corrente attraverso il circuito dell'induttore. Tuttavia, questa corrente non viene generata istantaneamente ma cresce a una velocità elevata determinata dai valori autoindotti dell'induttore. La corrente indotta è limitata dagli elementi resistivi presenti negli avvolgimenti della bobina dell'induttore. Qui, la quantità di resistenza dipende dal rapporto tra la tensione applicata e la corrente indotta, come menzionato nella legge di Ohm.
La figura seguente è un circuito induttore utilizzato per calcolare la reattanza induttiva.
Reattanza induttiva
Tuttavia, quando l'induttore è collegato al circuito CA, il flusso di corrente si comporta in modo diverso. Qui viene utilizzata l'alimentazione sinusoidale. Quindi, si verifica una differenza di fase tra la tensione e la forma d'onda della corrente. Ora, quando viene utilizzata l'alimentazione CA per la bobina dell'induttore, oltre all'induttanza della bobina, la corrente deve anche affrontare l'opposizione della frequenza della forma d'onda CA. Questa resistenza affrontata dalla corrente nell'induttore mentre è collegata in un circuito CA è denominata 'Resistenza induttiva'.
Differenza tra induttanza e reattanza
L'induttanza è la capacità di un materiale di indurre una tensione al suo interno quando c'è un cambiamento nel flusso di corrente al suo interno. Il simbolo dell'induttanza è 'L'. Mentre, reattanza è la proprietà dei materiali elettrici che si oppone al cambio di corrente. Le unità di reattanza sono 'Ohm' ed è indicato dal simbolo 'X' per distinguerlo dalla normale resistenza.
La reattanza funziona in modo simile a resistenza elettrica ma a differenza della resistenza, la reattanza non dissipa potenza come calore. Piuttosto immagazzina l'energia come valore di reattanza e la restituisce al circuito. Un induttore ideale ha resistenza zero mentre un resistore ideale ha reattanza zero.
Derivazione della formula della reattanza induttiva
La reattanza induttiva è il termine relativo ai circuiti CA. Si oppone al flusso di corrente nei circuiti AC. In un circuito induttivo CA a causa della differenza di fase, la forma d'onda della corrente 'LAGS' la forma d'onda della tensione applicata di 90 gradi. Cioè se la forma d'onda della tensione è a 0 gradi, la forma d'onda della corrente sarà a -90 gradi.
In un circuito induttivo, l'induttore è posizionato attraverso l'alimentazione di tensione CA. L'emf autoindotta nell'induttore aumenta e diminuisce con l'aumento e la diminuzione della frequenza della tensione di alimentazione. L'emf autoindotto è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente nella bobina dell'induttore. Il tasso di variazione più elevato si verifica quando la forma d'onda della tensione di alimentazione passa da un semiciclo positivo a un semiciclo negativo o viceversa.
In un circuito induttivo, la corrente è in ritardo rispetto alla tensione. Quindi, se la tensione è a 0 gradi, la corrente sarà a -90 gradi rispetto alla tensione. Quindi, quando si considerano le forme d'onda sinusoidali, la forma d'onda di tensione VLpuò essere classificata come onda sinusoidale e forma d'onda di corrente ILcome un'onda coseno negativa.
Pertanto, la corrente in un punto può essere definita come:
ioL= Imax. sin (ωt - 900), φω è in radianti e 't' in secondi
Il rapporto tra tensione e corrente nel circuito induttivo fornisce il valore della reattanza induttiva XL
Quindi, XL= VL/ IOLohm = ωL = 2πfL ohm
Qui, L è l'induttanza, f è la frequenza e 2πf = ω
Da questa derivazione, si può vedere che la reattanza induttiva è direttamente proporzionale alla frequenza 'f' e all'induttanza 'L' dell'induttore. Con un aumento della frequenza della tensione o dell'induttanza della bobina, la reattanza complessiva del circuito aumenta. Quando la frequenza aumenta all'infinito, anche la reattanza induttiva aumenta all'infinito agendo in modo simile a un circuito aperto. Per un calo di frequenza a zero, anche la reattanza induttiva diminuisce a zero, agendo in modo simile a un cortocircuito.
Simbolo
La reattanza induttiva è la resistenza affrontata dal flusso di corrente nell'induttore quando viene fornita la tensione CA. Le sue unità sono simili alle unità di resistenza. Il simbolo della reattanza induttiva è “XL“. Poiché la corrente è in ritardo di 90 gradi rispetto all'induttore di tensione, avendo il valore per una delle grandezze, l'altra può essere calcolata facilmente. Se la tensione è nota, dallo spostamento negativo di 90 gradi della forma d'onda della tensione è possibile derivare la forma d'onda della corrente.
Esempio
Vediamo un esempio per calcolare la reattanza induttiva.
Un induttore con induttanza 200 mH e resistenza zero è collegato a un'alimentazione di tensione 150 V. La frequenza della tensione di alimentazione è 60Hz. Calcola la reattanza induttiva e la corrente che scorre attraverso l'induttore
Reattanza induttiva
XL= 2πfL
= 2π × 50 × 0,20
= 76,08 ohm
attuale
ioL= VL/ XL
= 150 / 76,08
= 1,97 A
Nei circuiti elettrici ed elettronici il termine 'reattanza' è usato regolarmente con circuiti di induttori e condensatori. Un aumento del valore di reattanza in questi circuiti porta ad una diminuzione della corrente attraverso di essi. La reattanza induttiva fa sì che la tensione e la corrente vadano fuori fase. Nei sistemi di alimentazione elettrica, ciò limiterà la capacità di alimentazione delle linee di trasmissione CA. Anche se la corrente scorre ancora in tali situazioni, le linee di trasmissione si surriscaldano e non ci sarà alcun trasferimento di potenza efficace. Quindi, è importante monitorare la reattanza induttiva dei circuiti. Qual è la differenza di fase tra le forme d'onda di tensione e di corrente per il circuito dell'induttore?
