विद्युत प्रतिक्रिया

विद्युत परिपथों में, प्रतिघात अधिष्ठापन और समाई द्वारा प्रत्यावर्ती धारा को प्रस्तुत किया जाने वाला विरोध है।^[1] प्रतिरोध के साथ, यह प्रतिबाधा के दो तत्वों में से एक है; हालाँकि, जबकि दोनों तत्वों में विद्युत ऊर्जा का स्थानांतरण शामिल है, प्रतिक्रिया में कोई जूल ताप नहीं होता है; इसके बजाय, प्रतिक्रिया एक चौथाई चक्र बाद तक ऊर्जा को संग्रहीत करती है जब ऊर्जा सर्किट में वापस आ जाती है। ग्रेटर रिएक्शन समान लागू वोल्टेज के लिए कम करंट देता है।

रिएक्शन का उपयोग सर्किट तत्व के माध्यम से जाने वाली साइन लहर अल्टरनेटिंग करंट के आयाम और चरण (तरंगों) परिवर्तनों की गणना करने के लिए किया जाता है। प्रतिरोध की तरह, प्रतिक्रिया को ओम में मापा जाता है, जिसमें सकारात्मक मूल्य आगमनात्मक प्रतिक्रिया और नकारात्मक संकेत कैपेसिटिव प्रतिक्रिया दर्शाता है। यह प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है $X$ . एक आदर्श अवरोधक में शून्य प्रतिक्रिया होती है, जबकि आदर्श प्रेरकों और संधारित्र में शून्य प्रतिरोध होता है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, आगमनात्मक प्रतिक्रिया बढ़ती है और कैपेसिटिव प्रतिक्रिया घटती है।

प्रतिरोध की तुलना

प्रतिक्रिया उस प्रतिरोध के समान है जिसमें बड़ी प्रतिक्रिया उसी लागू वोल्टेज के लिए छोटी धाराओं की ओर ले जाती है। इसके अलावा, पूरी तरह से तत्वों से बना एक सर्किट जिसमें केवल प्रतिक्रिया (और कोई प्रतिरोध नहीं) है, उसी तरह से व्यवहार किया जा सकता है जैसे पूरी तरह से प्रतिरोधों से बने सर्किट। प्रतिरोध वाले तत्वों के साथ प्रतिक्रिया के साथ तत्वों को संयोजित करने के लिए भी इन्हीं तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन आमतौर पर जटिल संख्याओं की आवश्यकता होती है। विद्युत प्रतिबाधा पर अनुभाग में इसका इलाज नीचे किया गया है।

हालांकि प्रतिक्रिया और प्रतिरोध के बीच कई महत्वपूर्ण अंतर हैं। सबसे पहले, मुक़ाबला चरण को बदलता है ताकि तत्व के माध्यम से धारा को एक चक्र के एक चौथाई भाग द्वारा तत्व में लगाए गए वोल्टेज के चरण के सापेक्ष स्थानांतरित कर दिया जाए। दूसरा, शक्ति विशुद्ध रूप से प्रतिक्रियाशील तत्व में नष्ट नहीं होती है बल्कि इसके बजाय संग्रहीत होती है। तीसरा, प्रतिक्रियाएँ नकारात्मक हो सकती हैं ताकि वे एक दूसरे को 'रद्द' कर सकें। अंत में, मुख्य सर्किट तत्व जिनमें रिएक्शन (कैपेसिटर और इंडक्टर्स) होते हैं, एक फ्रीक्वेंसी पर निर्भर रिएक्शन होता है, रेसिस्टर्स के विपरीत, जिसमें सभी फ्रीक्वेंसी के लिए समान प्रतिरोध होता है, कम से कम आदर्श मामले में।

रिएक्शन शब्द का सुझाव पहली बार 10 मई 1893 को L'Industrie Electrique में फ्रांसीसी इंजीनियर M. Hospitalier द्वारा दिया गया था। इसे मई 1894 में अमेरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियर्स द्वारा आधिकारिक तौर पर अपनाया गया था।^[2]

कैपेसिटिव रिएक्शन

एक संधारित्र में विद्युत इन्सुलेशन द्वारा अलग किए गए दो विद्युत चालन होते हैं, जिन्हें ढांकता हुआ भी कहा जाता है।

कैपेसिटिव रिएक्शन एक तत्व में वोल्टेज के परिवर्तन का विरोध है। कैपेसिटिव रिएक्शन $X_{C}$ संकेत आवृत्ति के व्युत्क्रमानुपाती होता है $f$ (या कोणीय आवृत्ति $\omega$ ) और समाई $C$ .^[3] एक संधारित्र के लिए मुक़ाबला परिभाषित करने के लिए साहित्य में दो विकल्प हैं। प्रतिबाधा के काल्पनिक भाग के रूप में प्रतिक्रिया की एक समान धारणा का उपयोग करना है, जिस स्थिति में संधारित्र की प्रतिक्रिया ऋणात्मक संख्या है,^[3]^[4]^[5]

X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}=-{\frac {1}{2\pi fC}}

.

एक अन्य विकल्प कैपेसिटिव रिएक्शन को एक सकारात्मक संख्या के रूप में परिभाषित करना है,^[6]^[7]^[8]

X_{C}={\frac {1}{\omega C}}={\frac {1}{2\pi fC}}

.

इस मामले में हालांकि एक संधारित्र के प्रतिबाधा के लिए एक नकारात्मक चिह्न जोड़ने के लिए याद रखने की आवश्यकता है, अर्थात $Z_{c}=-jX_{c}$ .

पर $f=0$ , कैपेसिटर की प्रतिक्रिया का परिमाण अनंत है, एक विकट: ओपन सर्किट की तरह व्यवहार करता है (किसी भी विद्युत प्रवाह को ढांकता हुआ बहने से रोकता है)। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिक्रिया का परिमाण घटता जाता है, जिससे अधिक धारा प्रवाहित होती है। जैसा $f$ दृष्टिकोण $\infty$ , संधारित्र की प्रतिक्रिया आ रही है $0$ , शार्ट सर्किट की तरह व्यवहार करना।

एक संधारित्र में एक प्रत्यक्ष धारा वोल्टेज के आवेदन से सकारात्मक विद्युत आवेश एक तरफ जमा हो जाता है और दूसरी तरफ नकारात्मक विद्युत आवेश जमा हो जाता है; संचित आवेश के कारण विद्युत क्षेत्र धारा के विरोध का स्रोत है। जब चार्ज से जुड़ी क्षमता लागू वोल्टेज को बिल्कुल संतुलित करती है, तो करंट शून्य हो जाता है।

एक एसी आपूर्ति (आदर्श एसी वर्तमान स्रोत) द्वारा संचालित, एक संधारित्र केवल एक सीमित मात्रा में चार्ज जमा करेगा इससे पहले कि संभावित अंतर ध्रुवीयता बदलता है और चार्ज स्रोत पर वापस आ जाता है। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, उतना ही कम आवेश जमा होगा और धारा का विरोध उतना ही कम होगा।

आगमनात्मक प्रतिक्रिया

आगमनात्मक प्रतिक्रिया एक प्रारंभ करनेवाला द्वारा प्रदर्शित संपत्ति है, और आगमनात्मक प्रतिक्रिया इस तथ्य के आधार पर मौजूद है कि एक विद्युत प्रवाह इसके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। एक एसी सर्किट के संदर्भ में (हालांकि यह अवधारणा किसी भी समय वर्तमान परिवर्तन पर लागू होती है), यह चुंबकीय क्षेत्र वर्तमान के परिणाम के रूप में लगातार बदल रहा है जो आगे और पीछे दोलन करता है। यह चुंबकीय क्षेत्र में यह परिवर्तन है जो एक अन्य विद्युत प्रवाह को उसी तार (काउंटर-ईएमएफ) में प्रवाहित करने के लिए प्रेरित करता है, जैसे कि चुंबकीय क्षेत्र के उत्पादन के लिए मूल रूप से जिम्मेदार वर्तमान के प्रवाह का विरोध करने के लिए (लेनज़ के नियम के रूप में जाना जाता है)। इसलिए, आगमनात्मक प्रतिक्रिया एक तत्व के माध्यम से धारा के परिवर्तन का विरोध है।

एक एसी सर्किट में एक आदर्श प्रारंभ करनेवाला के लिए, वर्तमान प्रवाह में परिवर्तन पर निरोधात्मक प्रभाव प्रत्यावर्ती वोल्टेज के संबंध में प्रत्यावर्ती धारा की देरी, या एक चरण बदलाव का परिणाम है। विशेष रूप से, एक आदर्श प्रारंभ करनेवाला (बिना किसी प्रतिरोध के) वोल्टेज को एक चौथाई चक्र, या 90 ° से पीछे कर देगा।

इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम्स में, आगमनात्मक प्रतिक्रिया (और कैपेसिटिव रिएक्शन, हालांकि आगमनात्मक प्रतिक्रिया अधिक सामान्य है) एसी ट्रांसमिशन लाइन की पावर क्षमता को सीमित कर सकती है, क्योंकि वोल्टेज और वर्तमान चरण से बाहर होने पर बिजली पूरी तरह से स्थानांतरित नहीं होती है (ऊपर विस्तृत) . अर्थात्, एक आउट-ऑफ़-फेज सिस्टम के लिए करंट प्रवाहित होगा, हालांकि निश्चित समय पर वास्तविक शक्ति को स्थानांतरित नहीं किया जाएगा, क्योंकि ऐसे बिंदु होंगे जिनके दौरान तात्कालिक करंट सकारात्मक होता है जबकि तात्कालिक वोल्टेज नकारात्मक होता है, या इसके विपरीत, नकारात्मक शक्ति का अर्थ होता है। स्थानांतरण करना। इसलिए, शक्ति हस्तांतरण नकारात्मक होने पर वास्तविक कार्य नहीं किया जाता है। हालाँकि, करंट तब भी बहता है जब कोई सिस्टम आउट-ऑफ-फेज होता है, जिससे करंट प्रवाह के कारण ट्रांसमिशन लाइनें गर्म हो जाती हैं। नतीजतन, ट्रांसमिशन लाइनें केवल इतना गर्म हो सकती हैं (या फिर वे शारीरिक रूप से बहुत अधिक शिथिल हो जाती हैं, गर्मी के कारण धातु संचरण लाइनों का विस्तार होता है), इसलिए ट्रांसमिशन लाइन ऑपरेटरों के पास वर्तमान की मात्रा पर एक सीमा होती है जो किसी दिए गए लाइन के माध्यम से प्रवाहित हो सकती है , और अत्यधिक आगमनात्मक प्रतिक्रिया एक रेखा की शक्ति क्षमता को सीमित कर सकती है। उपयोग पैटर्न के आधार पर, पावर प्रदाता चरण को बदलने और नुकसान को कम करने के लिए कैपेसिटर का उपयोग करते हैं।

आगमनात्मक प्रतिक्रिया $X_{L}$ साइनसोइडल सिग्नल आवृत्ति के लिए आनुपातिकता (गणित) है $f$ और अधिष्ठापन $L$ , जो प्रारंभ करनेवाला के भौतिक आकार पर निर्भर करता है:

$X_{L}=\omega L=2\pi fL$ .

एक अधिष्ठापन के माध्यम से बहने वाली औसत धारा $L$ आरएमएस आयाम के sinusoidal एसी वोल्टेज स्रोत के साथ श्रृंखला में $A$ और आवृत्ति $f$ के बराबर है:

I_{L}={A \over \omega L}={A \over 2\pi fL}.

क्योंकि साइनसॉइडल लयबद्ध ्स में एक स्क्वेर वेव में कई एम्पलीट्यूड होते हैं, एक इंडक्शन के माध्यम से बहने वाली औसत धारा $L$ आरएमएस आयाम के एक वर्ग तरंग एसी वोल्टेज स्रोत के साथ श्रृंखला में $A$ और आवृत्ति $f$ के बराबर है:

I_{L}={A\pi ^{2} \over 8\omega L}={A\pi  \over 16fL}

ऐसा प्रतीत होता है जैसे वर्ग तरंग के लिए आगमनात्मक प्रतिक्रिया लगभग 19% कम थी $X_{L}={16 \over \pi }fL$ एसी साइन लहर की प्रतिक्रिया से।

परिमित आयामों के किसी भी संवाहक में अधिष्ठापन होता है; इंडक्शन को विद्युत चुम्बकीय कुंडल में कई घुमावों से बड़ा बनाया जाता है। फैराडे का प्रेरण का नियम | फैराडे का विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम काउंटर-इलेक्ट्रोमोटिव बल देता है ${\mathcal {E}}$ (वोल्टेज विरोध धारा) चुंबकीय प्रवाह घनत्व के परिवर्तन की दर के कारण $\scriptstyle {B}$ एक वर्तमान पाश के माध्यम से।

{\mathcal {E}}=-{{d\Phi _{B}} \over dt}

एक प्रारंभ करनेवाला के लिए जिसमें एक कुंडल होता है $N$ लूप यह देता है:

{\mathcal {E}}=-N{d\Phi _{B} \over dt}

.

काउंटर-ईएमएफ वर्तमान प्रवाह के विरोध का स्रोत है। एक स्थिर दिष्टधारा में परिवर्तन की दर शून्य होती है, और एक प्रारंभ करनेवाला को शार्ट सर्किट के रूप में देखता है (यह आमतौर पर कम प्रतिरोधकता वाली सामग्री से बना होता है)। एक प्रत्यावर्ती धारा में समय-औसत दर-परिवर्तन होता है जो आवृत्ति के समानुपाती होता है, यह आवृत्ति के साथ आगमनात्मक प्रतिक्रिया में वृद्धि का कारण बनता है।

प्रतिबाधा

दोनों प्रतिक्रिया ${X}$ और विद्युत प्रतिरोध ${R}$ विद्युत प्रतिबाधा के घटक हैं ${\mathbf {Z} }$ .

\mathbf {Z} =R+\mathbf {j} X

कहाँ:

$\mathbf {Z}$ जटिल विद्युत प्रतिबाधा है, जिसे ओम में मापा जाता है;
$R$ विद्युत प्रतिरोध है, जिसे ओम में मापा जाता है। यह प्रतिबाधा का वास्तविक हिस्सा है: ${R={\text{Re}}{(\mathbf {Z} )}}$
$X$ प्रतिक्रिया है, ओम में मापा जाता है। यह प्रतिबाधा का काल्पनिक हिस्सा है: ${X={\text{Im}}{(\mathbf {Z} )}}$
$\mathbf {j}$ माइनस एक का वर्गमूल है, जिसे आमतौर पर दर्शाया जाता है $\mathbf {i}$ गैर-विद्युत सूत्रों में। $\mathbf {j}$ उपयोग किया जाता है ताकि वर्तमान के साथ काल्पनिक इकाई को भ्रमित न किया जा सके, जिसे आमतौर पर दर्शाया जाता है $\mathbf {i}$ .

जब एक संधारित्र और एक प्रारंभ करनेवाला दोनों एक सर्किट में श्रृंखला में रखे जाते हैं, तो कुल सर्किट प्रतिबाधा में उनका योगदान विपरीत होता है। कैपेसिटिव रिएक्शन $X_{C}$ और आगमनात्मक प्रतिक्रिया $X_{L}$ कुल प्रतिक्रिया में योगदान $X$ निम्नलिखित नुसार:

{X=X_{L}+X_{C}=\omega L-{\frac {1}{\omega C}}}

कहाँ:

$X_{L}$ इंडक्शन रिएक्शन है, जिसे ओम में मापा जाता है;
$X_{C}$ कैपेसिटेंस रिएक्शन है, जिसे ओम में मापा जाता है;
$\omega$ कोणीय आवृत्ति है, $2\pi$ हेटर्स में आवृत्ति बार।

इस तरह:^[5]*अगर $\scriptstyle X>0$ , कुल मुक़ाबला आगमनात्मक कहा जाता है;

अगर $\scriptstyle X=0$ , तो प्रतिबाधा विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक है;
अगर $\scriptstyle X<0$ , कुल प्रतिक्रिया को कैपेसिटिव कहा जाता है।

हालांकि ध्यान दें कि अगर $X_{L}$ और $X_{C}$ परिभाषा के अनुसार दोनों को सकारात्मक माना जाता है, तो मध्यस्थ सूत्र अंतर में बदल जाता है:^[7]

{X=X_{L}-X_{C}=\omega L-{\frac {1}{\omega C}}}

लेकिन अंतिम मूल्य वही है।

चरण संबंध

विशुद्ध रूप से प्रतिक्रियाशील डिवाइस (यानी शून्य परजीवी तत्व (विद्युत नेटवर्क) के साथ) में वोल्टेज का चरण वर्तमान से पीछे है ${\tfrac {\pi }{2}}$ एक कैपेसिटिव रिएक्शन के लिए रेडियन और करंट की ओर जाता है ${\tfrac {\pi }{2}}$ आगमनात्मक प्रतिक्रिया के लिए रेडियन। प्रतिरोध और प्रतिक्रिया दोनों के ज्ञान के बिना वोल्टेज और करंट के बीच संबंध निर्धारित नहीं किया जा सकता है।

कैपेसिटिव और इंडक्टिव रिएक्शन के लिए अलग-अलग संकेतों की उत्पत्ति चरण कारक है $e^{\pm \mathbf {j} {\frac {\pi }{2}}}$ प्रतिबाधा में।

{\begin{aligned}\mathbf {Z} _{C}&={1 \over \omega C}e^{-\mathbf {j} {\pi  \over 2}}=\mathbf {j} \left({-{\frac {1}{\omega C}}}\right)=\mathbf {j} X_{C}\\\mathbf {Z} _{L}&=\omega Le^{\mathbf {j} {\pi  \over 2}}=\mathbf {j} \omega L=\mathbf {j} X_{L}\quad \end{aligned}}

एक प्रतिक्रियाशील घटक के लिए घटक भर में साइनसोइडल वोल्टेज चतुर्भुज (ए ${\tfrac {\pi }{2}}$ चरण अंतर) घटक के माध्यम से साइनसोइडल वर्तमान के साथ। घटक वैकल्पिक रूप से सर्किट से ऊर्जा को अवशोषित करता है और फिर सर्किट में ऊर्जा लौटाता है, इस प्रकार एक शुद्ध प्रतिक्रिया शक्ति का प्रसार नहीं करती है।

यह भी देखें

चुंबकीय प्रतिक्रिया
आशंका

संदर्भ

Shamieh C. and McComb G., Electronics for Dummies, John Wiley & Sons, 2011.
Meade R., Foundations of Electronics, Cengage Learning, 2002.
Young, Hugh D.; Roger A. Freedman; A. Lewis Ford (2004) [1949]. Sears and Zemansky's University Physics (11 ed.). San Francisco: Addison Wesley. ISBN 0-8053-9179-7.

↑ Veley, Victor F. C. (1987). बेंचटॉप इलेक्ट्रॉनिक्स संदर्भ मैनुअल (1st ed.). New York: Tab Books. pp. 229, 232.
↑ Charles Proteus Steinmetz, Frederick Bedell, "Reactance", Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, vol. 11, pp. 640–648, January–December 1894.
↑ ^3.0 ^3.1 Irwin, D. (2002). Basic Engineering Circuit Analysis, page 274. New York: John Wiley & Sons, Inc.
↑ Hayt, W.H., Kimmerly J.E. (2007). Engineering Circuit Analysis, 7th ed., McGraw-Hill, p. 388
↑ ^5.0 ^5.1 Glisson, T.H. (2011). Introduction to Circuit Analysis and Design, Springer, p. 408
↑ Horowitz P., Hill W. (2015). The Art of Electronics, 3rd ed., p. 42
↑ ^7.0 ^7.1 Hughes E., Hiley J., Brown K., Smith I.McK., (2012). Hughes Electrical and Electronic Technology, 11th edition, Pearson, pp. 237-241
↑ Robbins, A.H., Miller W. (2012). Circuit Analysis: Theory and Practice, 5th ed., Cengage Learning, pp. 554-558

बाहरी संबंध

Interactive Java Tutorial on Inductive Reactance National High Magnetic Field Laboratory

[veley01-1] Veley, Victor F. C. (1987). बेंचटॉप इलेक्ट्रॉनिक्स संदर्भ मैनुअल (1st ed.). New York: Tab Books. pp. 229, 232.

[2] Charles Proteus Steinmetz, Frederick Bedell, "Reactance", Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, vol. 11, pp. 640–648, January–December 1894.

[Irwin-3] 3.0 ^3.1 Irwin, D. (2002). Basic Engineering Circuit Analysis, page 274. New York: John Wiley & Sons, Inc.

[4] Hayt, W.H., Kimmerly J.E. (2007). Engineering Circuit Analysis, 7th ed., McGraw-Hill, p. 388

[Glisson-5] 5.0 ^5.1 Glisson, T.H. (2011). Introduction to Circuit Analysis and Design, Springer, p. 408

[6] Horowitz P., Hill W. (2015). The Art of Electronics, 3rd ed., p. 42

[Hughes-7] 7.0 ^7.1 Hughes E., Hiley J., Brown K., Smith I.McK., (2012). Hughes Electrical and Electronic Technology, 11th edition, Pearson, pp. 237-241

[8] Robbins, A.H., Miller W. (2012). Circuit Analysis: Theory and Practice, 5th ed., Cengage Learning, pp. 554-558

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