Στην ηλεκτρική μηχανική, η σύνθετη αντίσταση είναι ένα μέτρο του βαθμού στον οποίο ένα κύκλωμα αντιτίθεται στη ροή του ηλεκτρισμού. Όλα τα υλικά έχουν κάποιο βαθμό ηλεκτρικής αντίστασης, η οποία προκαλεί απώλεια ενέργειας ως θερμότητα και μειώνει τη ροή του ρεύματος. Στην περίπτωση του συνεχούς ρεύματος (DC), η σύνθετη αντίσταση είναι ίδια με την αντίσταση και εξαρτάται αποκλειστικά από τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένο το κύκλωμα. Για ένα εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), ωστόσο, δύο πρόσθετοι παράγοντες μπορούν να συμβάλουν στην σύνθετη αντίσταση: η χωρητικότητα και η επαγωγή. Μαζί αυτά είναι γνωστά ως αντίδραση, η οποία είναι ένα μέτρο αντίθεσης σε μια αλλαγή στο ρεύμα που εξαρτάται από τη συχνότητά του και από τα στοιχεία του κυκλώματος.
Το εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση και το κάνει σε μια δεδομένη συχνότητα, η οποία μετριέται σε Hertz (Hz), ή σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Συνήθως, η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται στα 50 ή 60 Hz, αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει για συγκεκριμένες εφαρμογές. Η συχνότητα μπορεί να εμφανιστεί ως κύμα σε έναν παλμογράφο ως προς το ρεύμα ή την τάση, με την απόσταση από κορυφή σε κορυφή να αντιπροσωπεύει έναν πλήρη κύκλο. Ο βαθμός αντίδρασης σε ένα κύκλωμα εξαρτάται από τη συχνότητα της παροχής AC. Πιο συγκεκριμένα, η χωρητική αντίδραση μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας, ενώ η επαγωγική αντίδραση αυξάνεται.
Χωρητική αντίδραση
Ένας πυκνωτής είναι μια συσκευή που μπορεί να αποθηκεύσει ένα ηλεκτρικό φορτίο και αργότερα να το απελευθερώσει. Γενικά αποτελείται από ένα μη αγώγιμο υλικό ή μονωτή, που βρίσκεται ανάμεσα σε δύο μεταλλικές πλάκες. Ως μέρος ενός κυκλώματος, επιτρέπει τη συσσώρευση φορτίου στον μονωτή και αποθηκεύει αποτελεσματικά ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Καθώς η φόρτιση αυξάνεται, το ρεύμα μειώνεται. Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, ο πυκνωτής δεν θα είναι σε θέση να απορροφήσει άλλο φορτίο και το ρεύμα θα πέσει στο μηδέν, οπότε και θα εκφορτιστεί, παράγοντας μια ροή ηλεκτρονίων προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Εάν, ωστόσο, η συχνότητα AC είναι υψηλή, το ρεύμα θα αλλάξει κατεύθυνση σε λιγότερο χρόνο από αυτόν που χρειάζεται ο πυκνωτής για να «γεμίσει». Δεδομένου ότι το ρεύμα είναι στο μέγιστο στην αρχή ενός κύκλου, η παροχή AC υψηλής συχνότητας δεν θα επηρεαστεί ουσιαστικά από έναν πυκνωτή. Αντίθετα, εάν η συχνότητα είναι χαμηλή, αυτό θα αφήσει χρόνο για να συσσωρευτεί κάποιο φορτίο στον πυκνωτή, προκαλώντας μείωση του ρεύματος πριν από τον επόμενο κύκλο. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε πολλές δημοφιλείς συσκευές και gadget, και έτσι η χωρητική αντίδραση είναι συνήθως ένας σημαντικός παράγοντας στην σύνθετη αντίσταση.
Επαγωγική αντίδραση
Η επαγωγή είναι η τάση ενός μεταβαλλόμενου ρεύματος που ρέει μέσα από ένα καλώδιο να προκαλεί ένα αντίθετο ρεύμα σε έναν κοντινό αγωγό. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό ρεύμα παράγει ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο με τη σειρά του προκαλεί τη ροή ηλεκτρονίων σε οποιοδήποτε αγώγιμο υλικό εντός της εμβέλειάς του. Όταν ένα σύρμα τυλίγεται σε ένα πηνίο, σχηματίζει έναν επαγωγέα και θα προκαλέσει από μόνο του μια αντίθετη ροή ηλεκτρονίων ή ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF). Η τάση του επαγόμενου EMF αυξάνεται με τον ρυθμό μεταβολής της τάσης τροφοδοσίας, επομένως η αύξηση της συχνότητας AC θα αυξήσει την επαγωγική αντίδραση. Όπως οι πυκνωτές, οι επαγωγείς είναι κοινά χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα.
Πυκνωτές και επαγωγείς σε συνδυασμό
Όταν υπάρχουν και οι δύο συσκευές σε ένα κύκλωμα, τα αποτελέσματα εξαρτώνται όχι μόνο από τη συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος, αλλά και από τον τρόπο καλωδίωσης τους. Εάν ένας πυκνωτής και ένας επαγωγέας συνδέονται σε σειρά, το ρεύμα αρχικά αυξάνεται με τη συχνότητα, φτάνοντας στο μέγιστο σε ένα ορισμένο σημείο, γνωστό ως συχνότητα συντονισμού, και στη συνέχεια πέφτει. Εάν είναι καλωδιωμένες παράλληλα, το ρεύμα πέφτει με αυξανόμενη συχνότητα μέχρι να φτάσει σε ένα σημείο όπου δεν ρέει κανένα. Πέρα από αυτό το σημείο, η ροή ανεβαίνει ξανά.
Μέτρηση και Μονάδες
Όπως η αντίσταση, η αντίδραση και η σύνθετη αντίσταση μετρώνται σε ohms. Στις εξισώσεις, η σύνθετη αντίσταση αντιπροσωπεύεται κανονικά με το σύμβολο Z και η αντίδραση με X. Η χωρητική και η επαγωγική αντίδραση αντιπροσωπεύονται από XC και XL, αντίστοιχα. Ομοίως με τον νόμο του Ohm για την αντίσταση, η συνολική σύνθετη αντίσταση μπορεί να εκφραστεί ως Z=V/I, όπου το Z δίνεται σε ohms. V είναι η τάση, που δίνεται σε βολτ. και είμαι ρεύμα, δίνεται σε αμπέρ.