Mengapa tegangan selalu memimpin arus sebesar 90 derajat di induktor?

24

Saya telah belajar bahwa dalam tegangan induktor mengarah arus sebesar 90 derajat. Namun, saya tidak sepenuhnya mengerti mengapa 90 derajat.

Saya telah mencari di mana-mana untuk informasi lebih lanjut tentang mengapa ini terjadi. Namun, semua sumber yang saya temukan hanya menyatakan aturan.

ac inductor lead

— Roo
sumber

47

Benar-benar bahwa arus adalah integral waktu dari tegangan, atau tegangan adalah turunan dari arus. Jika arus adalah sinus, maka tegangannya adalah cosinus, karena itulah turunan dari sinus.

Cara kerja turunan dan integral sinusoid, masing-masing adalah ¼ siklus, atau 90 °, fase bergeser dari fase berikutnya.

— Olin Lathrop
sumber

12

@Roo, perhatikan juga: Ini hanya berfungsi untuk satu frekuensi gelombang sinus murni. Induktor adalah perangkat linier : Anda menganalisis perilaku untuk sinyal mengemudi periodik sewenang-wenang dengan menguraikan sinyal menjadi komponen sinusoidal murni, dan kemudian menganalisis setiap komponen secara terpisah. Pergeseran 90 ° tidak berlaku untuk keseluruhan sinyal, melainkan pada setiap komponen pada frekuensi tertentu komponen .

— Solomon Lambat

Saya belajar tentang arus / tegangan yang tertinggal / memimpin ketika saya berusia 12, dan saya 'mendapat' gagasan tentang sinus & cosinus, tetapi akankah ada cara untuk menjelaskan itu kepada saya yang berusia 12 tahun tanpa mengasumsikan pengetahuan tentang turunan dan integral, tentang yang saya tidak tahu apa-apa?

— mickeyf_supports_Monica

@ mickeyf Saya cukup yakin bahwa dengan jumlah melambaikan tangan dan kebohongan yang dapat diterima kepada anak-anak, saya dapat mengajar anak berusia 12 tahun yang “mendapat” gagasan tentang sinus & cosinus dan hubungannya dengan saat ini / tegangan cukup tertinggal tentang turunan dan integral untuk menjelaskan hal ini. Saya sendiri pertama kali mempelajarinya (pada usia 16, diakui) dalam kursus fisika di mana guru memberikan waktu 15 menit di awal kursus sehingga kami dapat mengikuti derivasi kinematika berbasis kalkulus. Itu jelas, dan membuat memahami hal yang sebenarnya jauh lebih mudah ketika muncul dalam kursus kalkulus saya yang sebenarnya.

— KRyan

5

+1. Ini membuat saya gila ketika tipe EE berbicara tentang memimpin / mengekor 90 ° ketika mereka benar-benar bersungguh-sungguh. Ini terutama membingungkan ketika Anda tidak benar-benar memiliki gelombang sinus frekuensi nominal murni, dan 90 ° pasti akan keliru untuk pergeseran seperempat periode waktu pada frekuensi nominal (misalnya 50 atau 60 Hz) daripada apa yang sebenarnya.

— R ..

7

Intinya adalah yang persamaan dasar untuk induktor dan bahwa persamaan berlaku dalam setiap situasi listrik: -

V = L \frac{d i}{d t}

$V = L\dfrac{di}{dt}$

Jadi jika arus adalah gelombang sinus, diferensial sinus adalah cosinus: -

Oleh karena itu tegangan menyebabkan arus 90 derajat. Tapi ingat ini hanya berlaku untuk analisis sinyal AC. Sebagai contoh jika Anda menerapkan tegangan langkah di induktor arus naik secara linear dengan waktu karena: -

\frac{d i}{d t} = \frac{V}{L}

$\dfrac{di}{dt} = \dfrac{V}{L}$

Persamaan dasar menggambarkan peristiwa AC dan sementara.

— Andy alias
sumber

6

Juga, induktor ideal dengan jwL memiliki bagian imajiner positif tanpa perlawanan nyata lebih lanjut. Jadi sudut akan berubah menjadi 90 °.

— Hermelin
sumber

Cara mengejutkan sederhana untuk memvisualisasikannya.

— Fisikawan Gila

6

Pergeseran fase 90 derajat (untuk gelombang sinus) hanya berlaku untuk kumparan lossless yang ideal. Dalam praktiknya selalu ada hambatan dalam permainan: resistansi seri pada kawat dan efek kulit, dan resistansi paralel karena kehilangan inti dan arus eddy pada kawat dan konduktor terdekat lainnya. Pergeseran fase akan kurang dari 90 derajat. Dalam kasus ekstrim, kehilangan inti dari manik-manik ferit khusus sangat tinggi sehingga mereka berperilaku sebagai resistor untuk frekuensi tinggi.

Ada juga kapasitansi paralel, jadi jika Anda meningkatkan frekuensi maka kombinasi melewati paralel-resonansi (= impedansi tinggi) dan menjadi kapasitif dengan pergeseran fasa menuju -90 derajat. Oh, dan kemudian ada kopling magnetik dengan induktor terdekat lainnya ...

Jangan pernah berasumsi bahwa koil hanyalah sebuah koil.

— StessenJ
sumber

2

Arus dan tegangan mulai dari fenomena fisik yang sama, elektromagnetisme, tetapi mereka adalah efek yang sama sekali berbeda.

Dalam induktansi, sebagai koil, medan magnet dihasilkan dengan mengedarkan arus yang melewatinya. Arus ini dipertahankan jika tegangan ke koil tiba-tiba berhenti.

Ini menghasilkan bahwa arus, dalam induktansi, adalah konstan sebelum perubahan tegangan yang tiba-tiba.

Inilah alasan mengapa jawaban Olin Lathrop masuk akal: Dengan fungsi integral yang berisi lompatan terbatas, fungsi kontinu diperoleh yang menambahkan istilah yang memungkinkan untuk menyerap lompatan terbatas.

Efek fisik setelah perilaku ini dapat diperiksa dengan cermat di: /physics/355140/magnetic-field-due-to-a-coil-of-n-turns-and-a-solenoidoid

Apa yang Anda komentari tentang tingkat kelambatan hanya diamati dalam fasor, tetapi tanpa alasan itu, pengetahuan Anda telah timpang.

Saya menambahkan: efek yang sama terjadi pada kapasitor, voltase dan arus, karena teorema timbal balik http://electrical-engineering-portal.com/resources/knowledge/theorems-and-laws/reciprocity-theorem

— José Manuel Ramos
sumber

1

karena ini adalah situs web internasional, jawaban dalam bahasa Inggris harus cukup.

— Sir Sy

Bahasa ibu saya adalah Spanyol, jadi, saya membuat jawaban cepat terlebih dahulu, dan mengedit dengan informasi lebih lanjut. Tidak ada stackexchange elektronik di Spanyol, juga.

— José Manuel Ramos

1

Saya berharap bahwa siapa pun yang menurunkan ini melakukannya karena mereka menemukan kesalahan dengan konten, bukan hanya karena termasuk bahasa selain bahasa Inggris. Untuk mengatakan "internasional ... Bahasa Inggris seharusnya cukup" tampak cukup arogan bagi saya. Saya tidak menemukan persyaratan itu dalam panduan ke situs atau FAQ. (Bahasa Inggris adalah bahasa saya yang pertama dan sejauh ini.)

— mickeyf_supports_Monica

Saya belajar teknik elektronik dan fisika di Spanyol. Saya tidak menemukan kebenaran saya tidak menaruh pengetahuan saya dalam bahasa ibu saya jika itu berisi informasi yang parah dan benar di dalamnya. Saya terburu-buru beberapa jam yang lalu, jadi saya tidak bisa menyediakan terjemahan. Penerjemah google sudah cukup untuk Anda? Saya berharap begitu.

— José Manuel Ramos

0

Jika Anda menghubungkan induktor ke tegangan, arus akan mulai mengalir. Karena tegangan balik internal dari induktor (yang dapat diartikan sebagai semacam risiatance terhadap perubahan arus) arus hanya akan tumbuh perlahan - sehingga arus tertinggal dibandingkan dengan perubahan tegangan mendadak ketika Anda menghubungkannya ke tegangan. Induktor menyimpan engery dalam bentuk medan magnetnya yang berkembang.

— WindFritz
sumber