¿Puedo aumentar la corriente usando la resonancia de CA?

En una resonancia, especialmente si resonamos a la frecuencia natural, la intensidad de las ondas generadas se sumará dando como resultado una onda de intensidad cada vez mayor.

Este fenómeno es responsable de derribar los puentes, cuando el viento alcanza la frecuencia de resonancia del material del puente, y la fuerza del viento comienza a sumarse a las ondas que ya están resonando y el material del puente se fractura y colapsa.

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Me pregunto si podríamos hacer lo mismo con la corriente eléctrica.

Dada una fuente de voltaje de CA (no un voltaje muy alto), con límites superior e inferior constantes para el voltaje de CA de la fuente, ¿podría alimentarlo a un "circuito resonante" como la corriente medida por el amperímetro a lo largo del tiempo sería como:

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¿Y usar esto como una forma artificial de aumentar la corriente en una carga? (sabiendo que esta sería probablemente la receta para quemar todo por exceso de corriente)

¿Qué esperas ganar? Power in = power out - pérdidas en cualquier circuito. Además, puede ajustarse a cualquier voltaje que desee con un simple transformador.
Espero ganar más corriente. Por ejemplo, si después del circuito resonante tengo una bobina, espero que obtenga un campo magnético más fuerte con el tiempo hasta que se caliente y se queme. Todo esto con una corriente y un voltaje muy limitados en la fuente de CA. Por lo tanto, el circuito resonante utilizado para "construir" corrientes de gran escala a partir de una fuente débil limitada.
Para el estado estacionario, aún necesita satisfacer la potencia de entrada> = la potencia de salida. "Más actual" es vago.
¿Qué quieres decir con "estado estacionario"? Ese gráfico que dibujé ciertamente no es constante, muestra la acumulación actual a medida que pasa el tiempo. Además, no viola la ley de potencia de entrada >= potencia de salida, solo almacena parte de esa potencia para sumar aún más potencia para los próximos ciclos.
El filtro Pi de las fuentes de alimentación evita la resonancia de la frecuencia de línea por ese motivo. Esa alta resonancia 'Q' es utilizada por una "bobina de Tesla" para lograr voltajes de alta frecuencia. Pero no se gana poder libre.
¡ Puedes comprar exactamente el circuito que buscas por $40! La corriente resonante masiva se usa para generar un campo magnético alterno, que se usa para calentar objetos metálicos.
Incluso el colapso de Tacoma Narrows en la foto no fue energía 'gratuita': fue el viento lo que excitó y alimentó la oscilación que condujo al colapso. Si el viento hubiera amainado, también lo habrían hecho las oscilaciones, y el puente probablemente habría durado más.
La resonancia es cómo funcionan todos los sistemas de antena de radio. Y placas de inducción / hornos.

Respuestas (4)

Si el circuito resonante pasivo tiene una 'Q' alta , la energía puede acumularse en el circuito durante muchos ciclos. De manera similar, se extinguirá naturalmente durante muchos ciclos.

Sin embargo, la intensidad no es "siempre creciente". A medida que aumenta la intensidad, también lo hacen las pérdidas y, en algún momento, las pérdidas igualan la potencia de entrada, por lo que tiene un equilibrio.

Imagina un diapasón. Si continúa excitándolo, las vibraciones se acumularán (al igual que las pérdidas) y, en algún momento, la forma del metal podría cambiar si la excitación es lo suficientemente potente, pero es poco probable. La mayoría de los circuitos reales tienen una Q bastante más baja que la Q mecánica de un diapasón.

En un circuito resonante LC real, las pérdidas suelen deberse a la resistencia del inductor, a las pérdidas en el núcleo (si se utiliza un núcleo) y a la radiación electromagnética, especialmente a frecuencias más altas. Las pérdidas dieléctricas del capacitor también contribuyen. Los circuitos superconductores pueden tener enormes Q (en miles), circuitos resonantes hechos con partes de su distribuidor favorito, mucho más decepcionantes.

¡Exactamente! Y sí, tendría un límite para la corriente máxima que podría alcanzar. Sabiendo que los circuitos tienen un Q menor, ¿sigue siendo posible lograr tal resultado?
Un Q más bajo significa que las pérdidas por ciclo son más altas, por lo que la amplitud de equilibrio es proporcionalmente más baja. La Q es aproximadamente el número de ciclos que tarda la resonancia en desaparecer debido a las pérdidas.

Sí, la resonancia también funciona con voltaje o corriente. Busque algo llamado circuito de tanque . Este es un inductor y un capacitor en paralelo. Con componentes ideales, el circuito almacena energía como voltaje sinusoidal y corriente juntos. Salpica constantemente la energía entre la tapa y el inductor. Esto sucede en la frecuencia resonante, que es la frecuencia donde la magnitud de la impedancia de las dos partes es igual.

Una vez más, para los componentes ideales, esta energía no tiene adónde ir una vez que se coloca en el tanque. Si continúa agregando más energía, entonces la energía total en el tanque aumenta, y las amplitudes del voltaje y la corriente también tienen que hacerlo. La energía total es proporcional al cuadrado del voltaje o la corriente.

Las magnitudes de las impedancias de un capacitor y un inductor son:

Límite    Z = 1 / ωC

   Z ind = ωL

Al igualarlos, encontramos que

   ω = 1 / raíz cuadrada (LC)

   f = 1 / 2Π raíz cuadrada (LC)

Cuando L está en Henries y C en Farads, entonces f está en Hz.

Hasta ahora esto ha sido con componentes ideales, que lamentablemente son difíciles de obtener. Los componentes reales tienen pérdidas reales. Estos se deben principalmente a la resistencia del cable en el inductor y las pérdidas en la cerámica del capacitor.

Una forma de cuantificar la pérdida de un circuito de tanque es con el factor Q , que significa factor de calidad . Los valores más altos significan menos pérdidas. El tanque ideal tiene un factor Q infinito. El recíproco del factor Q está relacionado con la fracción de energía perdida en cada ciclo. Los circuitos de tanque reales pueden tener factores Q en el rango de varios 100. Puede construir algo usted mismo con bastante facilidad con un factor Q en el rango de 10s.

Puede hacer que la corriente en una bobina sea muy alta en comparación con la corriente de entrada si la bobina es parte de un circuito sintonizado de baja pérdida: -

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Aquí tenemos una bobina de 1 uH resonada a unos 300 kHz. La fuente de tensión de 1 V RMS se alimenta a través de un condensador de 10 nF (C1) y la tensión máxima en el inductor es de 36,5 dBV (66,8 V RMS) en resonancia. El voltaje a través de la bobina de 1 uH implica una corriente de 35,4 amperios. Esta corriente también debe fluir proporcionalmente a través de C1 y C2 pero, debido a que C2 es 27,2 veces más grande que C1, la corriente suministrada por la fuente de voltaje es de solo 1,25 amperios.

Al final del día, la fuente de voltaje de CA sigue suministrando energía para calentar la resistencia que inevitablemente está en serie con la bobina. Además, si intentara extraer energía del campo magnético de la bobina, esa energía también tendría que ser suministrada por la fuente de voltaje de CA y encontraría que el pico de resonancia comenzaría a caer debido a la caída de la Q del circuito sintonizado.

¿Qué sucede si después de la resistencia inserto un puente rectificador de diodos (convirtiendo esa corriente alterna alta en CC) y después del rectificador, pongo otra bobina? ¿Podría disfrutar de un campo magnético muy grande en esta bobina sin interrumpir el circuito sintonizado?
Los diodos tienen una caída de voltaje directa y una resistencia directa que es muchas veces mayor que los ohmios en mi diagrama y matarían la Q del circuito y harían que la "ganancia de corriente" fuera significativamente más baja. Consigue un simulador gratuito y prueba estas cosas tú mismo. LTSpice es gratis y, aunque hay una curva de aprendizaje, no te arrepentirás.
¿Son esos simuladores confiables para el mundo real? ¿O suelen ser demasiado optimistas considerando siempre escenarios óptimos?
Bueno, los resultados que puse en mi respuesta son de un simulador y el truco es, como siempre con un simulador, asegurarse de que su circuito represente los componentes parásitos que pueden afectar el rendimiento. En mi sim anterior, la resistencia de 10 mili ohmios es muy relevante porque si no estuviera presente, obtendría un factor de aumento de voltaje infinito y esto, por supuesto, no tiene sentido. Entonces, en resumen, los sims son muy útiles siempre que no intentes ser demasiado tonto con los valores y entiendas que un inductor perfecto nunca es una parte realmente práctica.

Encontré algo: http://www.richieburnett.co.uk/resonant.html

El autor dice que esto es posible, pero requeriría algo de ingeniería para evitar picos de voltaje en milisegundos y lograr una ganancia de voltaje estable.

No soy un científico, pero decir que es imposible lograr una ganancia de voltaje libre por resonancia es limitante. Deberíamos aceptar esto como una idea y tratar de probar que es correcto, en lugar de incorrecto (es fácil decir que todo es imposible y incorrecto). Este sería un gran descubrimiento, por lo que decir que "no se puede hacer" debería reemplazarse por "no sabemos cómo se podría hacer", y los científicos deberían seguir experimentando.

La ganancia de voltaje estable es absolutamente posible. Pasa todo el tiempo; Lo medí en un experimento de laboratorio de la escuela el otro día. Simplemente coloque un inductor en serie con un condensador y péguele un poco de CA.
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