ההספק החשמלי במעגל זרם חילופין

ההספק במעגל קיבולי טהור

כזכור לנו במקרה של מעגל המכיל קיבול טהור בלבד זווית המופע בין הזרם למתח היא זווית ישרה כאשר הזרם הוא זה שמקדים את המתח במעגל בזווית ישרה. מכאן שהמתח המתפתח על הקבל והזרם הזורם דרכו יבוטאו על-ידי שתי המשוואות הבאות,

V(t) = V_max sin(ωt)
I(t) = I_max sin(ωt + π/2)

וההספק החשמלי הנצרך ממקור המתח על-ידי הקבל הטהור הוא,

P = V_eff I_eff cos(ϕ)
P = V_eff I_eff cos(-π/2)
P = 0

קיבלנו שבמשך מחזור שלם הקבל הטהור אינו צורך הספק חשמלי ממקור המתח.

נשרטט את המתח, הזרם וההספק של הקבל החשמלי לאורך מחזור אחד שלם,

המתח, הזרם וההספק בקבל טהור

ניתן לראות מהשרטוט את המחזורית שבצריכת ההספק החשמלי בקבל טהור במעגל זרם חילופין. תדר מחזוריות ההספק של הקבל הוא כפול משל המתח שעליו והזרם הזורם דרכו. ניתן להבחין בארבעה מצבים מבחינת ההספק החשמלי של הקבל:

1. צריכת הספק מהמקור לשם בניית השדה החשמלי
2. החזרת הספק למקור עקב התמוטטות השדה החשמלי
3. צריכת הספק מהמקור לשם בניית שדה חשמלי בקוטביות הפוכה
4. החזרת הספק למקור עקב התמוטטות השדה החשמלי

במשך מחזור שלם אחד של תדר המקור הקבל בונה שדה חשמלי והורס אותו פעמיים!

בכל פעם שהשדה החשמלי שנוצר בקבל מתמוטט מוחזר למקור המתח כל ההספק החשמלי שהושקע על-ידו לשם בניית אותו שדה חשמלי. מכאן שבסוף כל תהליך של בניית השדה החשמלי והתמוטטותו לא נצרך בסיכומו של דבר הספק חשמלי במעגל על-ידי הקבל. תיאור זה מתיישב עם משוואת ההספק הנותנת תוצאה של הספק אפס במקרה של קבל טהור.

מעגל תיאורטי מסוג זה יכול לעבוד עד אינסוף ללא כל בזבוז או צריכה של אנרגיה ממקור המתח. אך במציאות אין בנמצא קבל טהור ולכל קבל יש התנגדות חשמלית כלשהי, גם אם היא יכולה להיות מאוד נמוכה. לכן, במציאות, במעגל RC המכיל נגד וקבל, נקבל צריכה חשמלית כלשהי ממקור המתח המושקעת כדי להתגבר על ההתנגדות החשמלית של לוחות הקבל לזרימת זרם חשמלי בשטחם.

מסקנה: במעגל זרם חילופין, היגב קיבולי טהור X_C אינו צורך כלל הספק חשמלי!

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - ההספק החשמלי במעגל זרם חילופין : היעילות של זרם חילופין | גורם ההספק | ההספק במעגל קיבולי טהור | ההספק במעגל השראותי טהור | העברת הספק מרבי לעומס | המשמעות של גורם ההספק | תיקון גורם הספק | סיכום ]