היגב

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

היגב הוא מושג המשמש בחשמל ומערכות אלקטרוניות, לתיאור ההתנגדות של רכיב במעגל לשינוי בזרם או במתח, בשל ההשראות או הקיבול של הרכיב. הרעיון של היגב דומה לזה של התנגדות חשמלית, אבל גם נבדל במספר מובנים. היגב, כמו עכבה והתנגדות, נמדד באוהם (Ω).

בנתוח פאזורי, היגב משמש כדי לחשב שינויים במשרעת ובפאזה של זרם חילופין סינוסואידלי דרך רכיב במעגל. ההיגב מסומן בדרך כלל על ידי הסימול . לנגד אידאלי יש היגב אפס, ואילו לסליל השראה ולקבל אידאלי יש התנגדות אפס והם מגיבים לזרם חשמלי רק על ידי היגב. גודל ההיגב של סליל השראה עולה כתלות בתדירות, בעוד ההיגב של קבל יורד עם עלייה בתדר. במילים אחרות עם עליית התדירות יש עלייה בהיגב המשרני וירידה בהיגב הקבלי.

היגב קיבולי[עריכת קוד מקור | עריכה]

קבל מורכב משני מוליכים מופרדים על ידי מבודד, המכונה חומר דיאלקטרי.

היגב קיבולי היא התנגדות לשינוי מתח פני רכיב. ההיגב הקיבולי הוא ביחס הפוך לתדר האות (או תדר זוויתי ω) והקיבולת .[1]

ישנן שתי אפשרויות בספרות להגדרת היגב על קבל. אחת היא להשתמש להגדיר את ההיגב בתור החלק מדומה של עכבה, ואז מתקבל היגב של קבל כמספר שלילי:[2][3]

אפשרות אחרת היא להגדיר היגב קיבולי כמספר חיובי,[4][5][6]

אולם במקרה הזה, צריך לזכור להוסיף סימן שלילי לעכבה של הקבל, כלומר .

בתדרים נמוכים הקבל הוא מעגל פתוח אז לא זורם זרם בתווך הדיאלקטרי.

מקור מתח ישר, DC, המושת על קבל גורם למטען חשמלי חיובי "להתאסף" ושלילי בצד השני; השדה החשמלי שנוצר עקב המטען שהצטבר הוא המקור של ההתנגדות לזרם. כאשר הפוטנציאל הקשורים למטען בדיוק מאזן את המתח, הזרם יורד לאפס.

קבל המחובר למקור AC אידאלי, יצבור כמות מוגבלת של מטען לפני שהפרש הפוטנציאלים ישנה קוטביות והמטען יחזור למקור. עבור תדירות גבוהה יותר, פחות מטען יצבר ותקטן ההתנגדות לזרם.

היגב משרני (אינדוקטיבי)[עריכת קוד מקור | עריכה]

היגב אינדוקטיבי הוא תכונה של סליל השראה. הוא קיים עקב העובדה כי זרם חשמלי יוצר שדה מגנטי סביבו. בהקשר של מעגל זרם חילופין, AC (למרות שלמעשה התופעה חלה בכל עת שבו יש שינוי בזרם), שדה מגנטי משתנה כל הזמן כתוצאה מהזרם המתחלף. שינוי זה של השדה המגנטי גורם לזרם חשמלי אחר לזרום באותו חוט, בכיוון המתנגד לזרימת המטענים שיצרה את השדה המגנטי (המכונה חוק לנץ). לפיכך, היגב אינדוקטיבי הוא התנגדות לשינוי של זרם דרך רכיב במעגל.

עבור סליל השראה אידאלי במעגל AC תוצאה של שינוי בזרם מייצרת בעיכוב או שינוי בפאזה של זרם החילופין ביחס למתח המשתנה. בפרט, סליל השראה אידאלי (ללא התנגדות) יגרום לזרם להתעכב ברבע מחזור (או 90°).

במערכות חשמליות, היגב אינדוקטיבי (גם היגב קיבולי, אולם האינדוקטיבית נפוץ יותר) יכול להגביל את קיבולת החשמל של קו תמסורת AC, כי הכוח לא מועבר לגמרי כאשר המתח והזרם אינם מתואמי פאזה (כמפורט לעיל). תופעת ההתחממות הנגררת מכך היא בעלת חסם עליון, ולכן קווי תמסורת בעלי תקרה של גובה הזרם שהם יכולים לתמוך והיגב אינדוקטיבי גבוה יכול להגביל את הקיבולת של הקו.

היגב אינדוקטיבי  פרופורציונלי לסינוס אות תדר ולהשראות , אשר תלויה במבנה הפיזי של סליל השראה.

הזרם הממוצע הזורם דרך משרן  בטור עם מקור מתח AC סינוסיאלי  עם משרעת RMS  ותדירות שווה ל:

מכיוון שלגל מרובע יש מספר אמפליטודות בהרמוניות סינוסיאליות, הזרם הממוצע זורם דרך משרן  בסדרה מקור מתח AC RMS עם גל מרובע ומשרעת  ותדירות שווה ל:

מה שגרום לתחושה כאילו ההיגב האינדוקטיבי לגל מרובע היה  קטן יותר ב-19%  יותר מאשר ההיגב של גל סינוס AC:

כל מוליך בעל מידות סופיות הוא בעל השראות; ההשראות גדלה יותר עם מספר הליפופים של סליל אלקטרומגנטי. חוק פאראדיי של ההשראה האלקטרומגנטית נותן כח אלקטרו-מניע נגדי  (מתח המתנגד לזרם) בשל קצב של שינוי צפיפות השטף המגנטי דרך זרם בלולאה.

עבור סליל השראה בהיקף של סליל עם לולאות זה נותן:

כח אלקטרו-מניע נגדי הוא המקור של ההתנגדות לזרם. זרם ישר קבוע בעל שיעור שינוי של אפס, ורואה סליל השראה כקצר (בדרך כלל עשוי מחומר עם התנגדות נמוכה). לזרם חילופין יש קצב ממוצע של שינוי היחסי לתדר, זה גורם עלייה בהיגה האינדוקטיבי עם התדר.

עכבה[עריכת קוד מקור | עריכה]

ההיגב  וההתנגדות הם מרכיביה של העכבה .

כאשר:

  • היא עכבה (נמדדת באוהם)
  • היא התנגדות, נמדדת באוהם. זה החלק האמיתי של עכבה:
  • הוא ההיגב, נמדד באוהם. זה החלק המדומה של העכבה:
  • הוא השורש הריבועי של מינוס אחת, בדרך כלל מיוצג על ידי בנוסחאות שאינן חשמליות ( משמש כדי לא לבלבל את החלק המדומה עם זרם שבדרך כלל מיוצג על ידי ).

כאשר קבל וסליל השראה ממוקמים בטור במעגל, תרומתם הכוללת מעגל עכבה היא הפוכה. היגב קיבולי  והיגב אינדוקטיבי  מייצרים את ההיגב הכולל  כדלקמן.

כאשר:

  • היא היגב משרני (נמדד באוהם)
  • הוא היגב קיבולי (נמדד באוהם)
  • הוא תדר זוויתי, כפול התדירות (בהרץ).

ומכאן:

  • אם , סך ההיגב נקרא אינדוקטיבי
  • אם אז את העכבה היא התנגדות בלבד
  • אם , סך ההיגב נקרא קיבולי

נשים לב, עם זאת, אם ו הם חיוביים לפי ההגדרה, אז הנוסחה תשתנה בהתאם, באופן הנ"ל:

אבל הערך הסופי זהה.

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ ארווין, ד. (2002).
  2. ^ Hayt, וו " ה, Kimmerly J. E. (2007).
  3. ^ גליסון, T. H. (2011).
  4. ^ הורוביץ פ, היל וו (2015).
  5. ^ יוז א, Hiley. ג 'יי בראון ק, סמית' תעודת שמק., (2012).
  6. ^ רובינס, A. H., מילר ו ' (2012).