Hauptunterschied – Widerstand vs. Reaktanz
Elektrische Komponenten wie Widerstände, Spulen und Kondensatoren haben eine Art Hindernis für den durch sie fließenden Strom. Während Widerstände sowohl auf Gleichstrom als auch auf Wechselstrom reagieren, reagieren Induktivitäten und Kondensatoren nur auf Schwankungen von Strömen oder Wechselstrom. Dieses Hindernis für den Strom von diesen Komponenten wird als elektrische Impedanz (Z) bezeichnet. Die Impedanz ist ein komplexer Wert in der mathematischen Analyse. Der Re alteil dieser komplexen Zahl heißt Widerstand (R), und nur reine Widerstände haben einen Widerstandswert. Ideale Kondensatoren und Induktivitäten tragen zum Imaginärteil der Impedanz bei, der als Reaktanz (X) bekannt ist. Der Hauptunterschied zwischen Widerstand und Reaktanz besteht also darin, dass der Widerstand ein Re alteil der Impedanz einer Komponente ist, während die Reaktanz ein Imaginärteil der Impedanz einer Komponente ist. Eine Kombination dieser drei Komponenten in RLC-Sch altungen erzeugt eine Impedanz auf dem Strompfad.
Was ist Widerstand?
Widerstand ist das Hindernis, dem die Spannung beim Treiben eines Stroms durch einen Leiter gegenübersteht. Wenn ein großer Strom getrieben werden soll, sollte die an die Enden des Leiters angelegte Spannung hoch sein. Das heißt, die angelegte Spannung (V) sollte proportional zum Strom (I) sein, der durch den Leiter fließt, wie es das Ohmsche Gesetz vorschreibt; die Konstante für diese Proportionalität ist der Widerstand (R) des Leiters.
V=I X R
Leiter haben den gleichen Widerstand, unabhängig davon, ob der Strom konstant oder veränderlich ist. Bei Wechselstrom kann der Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz mit Momentanspannung und -strom berechnet werden. Der in Ohm (Ω) gemessene Widerstand hängt vom spezifischen Widerstand (ρ), der Länge (l) und der Querschnittsfläche (A) des Leiters ab, wobei
Der Widerstand hängt auch von der Temperatur des Leiters ab, da sich der spezifische Widerstand wie folgt mit der Temperatur ändert. wobei ρ 0 sich auf den spezifischen Widerstand bezieht, der bei der Standardtemperatur T0 angegeben ist, was normalerweise der Raumtemperatur entspricht, und α der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands ist:
Bei einem Gerät mit reinem Widerstand errechnet sich der Stromverbrauch aus dem Produkt von I2 x R. Da alle diese Komponenten des Produktes reale Werte sind, ergibt sich der Stromverbrauch durch den Widerstand wird eine echte Macht sein. Daher wird die einem idealen Widerstand zugeführte Leistung voll ausgenutzt.
Was ist Reaktanz?
Reaktanz ist ein imaginärer Begriff im mathematischen Kontext. Es hat den gleichen Begriff des Widerstands in elektrischen Sch altkreisen und hat die gleiche Einheit Ohm (Ω). Reaktanz tritt nur in Induktivitäten und Kondensatoren während einer Stromänderung auf. Daher hängt die Reaktanz von der Frequenz des Wechselstroms durch eine Induktivität oder einen Kondensator ab.
Im Fall eines Kondensators sammelt er Ladungen an, wenn eine Spannung an die beiden Anschlüsse angelegt wird, bis die Kondensatorspannung mit der Quelle übereinstimmt. Wenn die angelegte Spannung von einer Wechselstromquelle stammt, werden die akkumulierten Ladungen beim negativen Zyklus der Spannung zur Quelle zurückgeführt. Je höher die Frequenz wird, desto geringer ist die kurzzeitig im Kondensator gespeicherte Ladungsmenge, da sich die Lade- und Entladezeit nicht ändert. Infolgedessen wird der Widerstand des Kondensators gegen den Stromfluss in der Sch altung geringer, wenn die Frequenz zunimmt. Das heißt, die Reaktanz des Kondensators ist umgekehrt proportional zur Kreisfrequenz (ω) des Wechselstroms. Somit ist die kapazitive Reaktanz definiert als
C ist die Kapazität des Kondensators und f ist die Frequenz in Hertz. Die Impedanz eines Kondensators ist jedoch eine negative Zahl. Daher ist die Impedanz eines Kondensators Z=– i / 2 π fC. Einem idealen Kondensator ist nur eine Reaktanz zugeordnet.
Auf der anderen Seite wirkt ein Induktor einer Stromänderung entgegen, indem er eine gegenelektromotorische Kraft (EMK) über ihm erzeugt. Diese EMK ist proportional zur Frequenz der Wechselstromversorgung und ihr Widerstand, die induktive Reaktanz, ist proportional zur Frequenz.
Induktive Reaktanz ist ein positiver Wert. Daher ist die Impedanz eines idealen Induktors Z=i2 π fL. Dennoch sollte man immer beachten, dass alle praktischen Sch altungen auch aus Widerständen bestehen und diese Komponenten in praktischen Sch altungen als Impedanzen betrachtet werden.
Infolge dieses Widerstands gegen die Stromänderung durch Induktoren und Kondensatoren hat die Spannungsänderung darüber ein anderes Muster als die Stromänderung. Das heißt, die Phase der Wechselspannung unterscheidet sich von der Phase des Wechselstroms. Aufgrund der induktiven Reaktanz hat die Stromänderung eine Verzögerung gegenüber der Spannungsphase, im Gegensatz zur kapazitiven Reaktanz, bei der die Stromphase voreilt. Bei idealen Bauteilen beträgt dieser Vor- und Nachlauf 90 Grad.
Abbildung 01: Spannungs-Strom-Phasenbeziehungen für einen Kondensator und eine Induktivität.
Diese Schwankungen von Strom und Spannung in Wechselstromkreisen werden mithilfe von Zeigerdiagrammen analysiert. Aufgrund der unterschiedlichen Phasen von Strom und Spannung wird die an einen Blindstromkreis gelieferte Leistung nicht vollständig von dem Stromkreis verbraucht. Ein Teil der gelieferten Leistung wird an die Quelle zurückgegeben, wenn die Spannung positiv und der Strom negativ ist (z. B. wenn die Zeit=0 im obigen Diagramm). In elektrischen Systemen wird cos(ϴ) für eine Differenz von ϴ Grad zwischen Spannungs- und Stromphasen als Leistungsfaktor des Systems bezeichnet. Dieser Leistungsfaktor ist eine kritische Eigenschaft, die es in elektrischen Systemen zu kontrollieren gilt, da er dafür sorgt, dass das System effizient läuft. Damit das System die maximale Leistung nutzen kann, sollte der Leistungsfaktor aufrechterh alten werden, indem ϴ=0 oder nahezu null gemacht wird. Da die meisten Lasten in elektrischen Systemen in der Regel induktive Lasten sind (z. B. Motoren), werden Kondensatorbänke zur Blindleistungskompensation verwendet.
Was ist der Unterschied zwischen Widerstand und Reaktanz?
Widerstand gegen Reaktanz |
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| Widerstand ist der Widerstand gegen einen konstanten oder variierenden Strom in einem Leiter. Es ist der Re alteil der Impedanz einer Komponente. | Reaktanz ist der Widerstand gegen einen variablen Strom in einer Spule oder einem Kondensator. Die Reaktanz ist der Imaginärteil der Impedanz. |
| Abhängigkeit | |
| Der Widerstand hängt von den Abmessungen, dem spezifischen Widerstand und der Temperatur des Leiters ab. Sie ändert sich nicht aufgrund der Frequenz der Wechselspannung. | Reaktanz hängt von der Frequenz des Wechselstroms ab. Bei Induktivitäten ist sie proportional und bei Kondensatoren umgekehrt proportional zur Frequenz. |
| Phase | |
| Die Phase der Spannung und des Stroms durch einen Widerstand ist gleich; das heißt, die Phasendifferenz ist Null. | Aufgrund der induktiven Reaktanz ist die Stromänderung gegenüber der Spannungsphase verzögert. Bei kapazitiver Reaktanz ist der Strom führend. Im Idealfall beträgt die Phasendifferenz 90 Grad. |
| Leistung | |
| Der Stromverbrauch aufgrund des Widerstands ist echte Leistung und das Produkt aus Spannung und Strom. | Die an ein reaktives Gerät gelieferte Leistung wird vom Gerät aufgrund von nacheilendem oder voreilendem Strom nicht vollständig verbraucht. |
Zusammenfassung – Widerstand gegen Reaktanz
Elektrische Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren und Induktoren machen ein Hindernis als Impedanz für den durch sie fließenden Strom bekannt, was ein komplexer Wert ist. Reine Widerstände haben eine reellwertige Impedanz, die als Widerstand bekannt ist, während ideale Induktivitäten und ideale Kondensatoren eine imaginäre Impedanz haben, die als Reaktanz bezeichnet wird. Widerstand tritt sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom auf, Reaktanz tritt jedoch nur bei variablen Strömen auf, wodurch der Änderung des Stroms in der Komponente entgegengewirkt wird. Während der Widerstand von der Frequenz des Wechselstroms unabhängig ist, ändert sich die Reaktanz mit der Frequenz des Wechselstroms. Die Reaktanz macht auch eine Phasendifferenz zwischen der Stromphase und der Spannungsphase. Dies ist der Unterschied zwischen Widerstand und Reaktanz.
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