Rezistoarele pot fi utilizate și în circuite de curent alternativ, unde tensiunile, curenții și puterea consumată sunt date în valori rms.

În tutorialele anterioare am analizat rezistoarele, conexiunile lor și legea lui Ohm pentru a calcula tensiunea, curentul și puterea asociate cu ele. În toate cazurile, tensiunea și curentul au fost considerate a avea o polaritate flux și direcție constantă, cu alte cuvinte curent continuu sau DC.

Dar există și un alt tip de alimentare cunoscut sub numele de curent alternativ sau AC a cărui tensiune comută polaritatea de la pozitiv la negativ și înapoi din nou în timp și de asemenea, al cărui curent în raport cu tensiunea oscilează înainte și înapoi. Forma oscilantă a unei surse AC este cea a formei matematice a unei "unde sinus", denumită în mod obișnuit o formă de undă sinusoidală. Prin urmare, o tensiune sinusoidală poate fi definită ca V(t) = Vmax sin ωt.

Atunci când se folosesc rezistoare pure în circuitele AC, care au valori neglijabile de inductanță sau capacitate, aceleași principii ale Legii lui Ohm, reguli de circuit pentru tensiune, curent și putere (și chiar Legile lui Kirchhoff) se aplică ca și pentru circuitele DC rezistive, singura diferență este în folosirea cantităților instantanee "vârf-la-vârf" sau "rms".

Atunci când se lucrează cu tensiuni AC și curenți alternativi, este obișnuit să se utilizeze numai valori "rms" pentru a evita confuzia. Valoarea rms sau "root mean squared" a unei forme de undă AC este valoarea efectivă sau valoarea DC echivalentă pentru o formă de undă AC. De asemenea, simbolul schematic folosit pentru definirea unei surse de tensiune AC este cel al unei linii "ondulate", spre deosebire de simbolul bateriei pentru DC, iar acest lucru este prezentat mai jos.

Simbol de reprezentare a surselor DC și AC

Rezistoarele sunt dispozitive "pasive", adică nu produc sau consumă energie electrică, ci transformă energia electrică în căldură. În circuitele DC, raportul liniar dintre tensiune și curent într-un rezistor este numit rezistența sa. În circuitele AC, acest raport de tensiune la curent depinde de frecvența și diferența de fază sau unghiul de fază (φ) al alimentării. Deci, atunci când se utilizează rezistoare în circuite AC termenul impedanță, simbol Z, este utilizat în general și putem spune că rezistența DC = impedanța AC, R = Z. Este important de observat că, atunci când se utilizează în circuitele AC, un rezistor va avea întotdeauna aceeași valoare rezistivă indiferent de frecvența de alimentare, de la DC la frecvențe foarte înalte, spre deosebire de inductoare și condensatoare.

Pentru rezistoarele din circuitele AC, direcția curentului care trece prin ele nu are nici un efect asupra comportamentului rezistorului, astfel încât va crește și va scădea, pe măsură ce tensiunea crește și scade. Curentul și tensiunea ating maximul, scad prin zero și ajung la minim în același timp. adică se ridică și scad simultan și se spune că sunt "în fază" așa cum se arată mai jos.

Relația de fază V-I și diagrama vectorială

Putem vedea că în orice punct de-a lungul axei orizontale tensiunea instantanee și curentul sunt în fază, deoarece curentul și tensiunea ating valorile lor maxime în același timp, adică unghiul de fază θ este 0^o. Atunci, aceste valori instantanee de tensiune și curent pot fi comparate pentru a da valoarea ohmică a rezistenței, pur și simplu folosind legea lui Ohm. Considerați circuitul de mai jos, constând dintr-o sursă AC și un rezistor.

Tensiunea instantanee pe rezistor, VR este egală cu tensiunea de alimentare, V_(t) și este dată de:

V_R = V_max sin ωt

Curentul instantaneu care curge prin rezistor va fi, prin urmare:

Deoarece tensiunea pe un rezistor este VR = I.R, tensiunea instantanee pe rezistența de mai sus poate fi dată de:

V_R = I_maxR sin ωt

În circuitele AC rezistive, serie, toate căderile de tensiune pe rezistoare pot fi adunate împreună pentru a găsi tensiunea totală a circuitului, deoarece toate tensiunile sunt în fază una cu cealaltă. La fel, într-un circuit paralel pur rezistiv, toți curenții individuali de ramificație pot fi adunați împreună pentru a găsi curentul de circuit total, deoarece toți curenții de ramificație sunt în fază unul cu celălalt.

Deoarece pentru rezistoarele din circuitele AC, unghiul de fază φ între tensiune și curent este zero, atunci factorul de putere al circuitului este dat de cos 0^o = 1,0. Puterea în circuit, la orice moment de timp, poate fi găsită prin înmulțirea tensiunii și curentului la momentul respectiv.

Atunci puterea (P), consumată de circuit, este dată de P = Vrms I cos Φ în wați. Dar, deoarece cos Φ = 1 într-un circuit pur rezistiv, puterea consumată este pur și simplu dată ca P = Vrms I, la fel ca pentru Legea lui Ohm.

Aceasta ne dă forma de undă de "Putere" și care este prezentată mai jos ca o serie de impulsuri pozitive, deoarece atunci când tensiunea și curentul sunt ambele în jumătatea pozitivă a ciclului, puterea rezultantă este pozitivă. Când tensiunea și curentul sunt ambele negative, produsul celor două valori negative oferă un impuls de putere pozitiv.

Formă de undă de putere într-o rezistență pură

Atunci, puterea disipată într-o sarcină pur rezistivă, alimentată de la o sursă de alimentare AC rms este aceeași cu cea pentru un rezistor conectat la o sursă DC și este dată de:

unde:
P este puterea medie în wați
Vrms este tensiunea de alimentare rms în volți
Irms este curentul de alimentare rms în Amperi
R este rezistența rezistorului în Ohmi (Ω) - ar trebui să fie Z pentru a indica impedanța

Efectul de încălzire produs de un curent alternativ cu o valoare maximă de Imax nu este același cu cel al unui curent DC de aceeași valoare. Pentru a compara efectul de încălzire AC cu un DC echivalent, trebuie utilizate valorile rms. Orice element de încălzire rezistiv, cum ar fi focare electrice, prăjitoare de pâine, cazane, fier de călcat, încălzitoare de apă etc., poate fi clasificat ca un circuit AC rezistiv și folosim rezistențe în circuitele AC pentru încălzirea locuințelor și a apei.

Rezistoare în circuite AC. Exemplul nr. 1

Un element de încălzire de 1000 Watt (1kW) este conectat la o tensiune de alimentare de 250V AC. Calculați impedanța (rezistența AC) a elementului atunci când este cald și cantitatea de curent luată de la sursă.

Rezistoare în circuite AC. Exemplul nr. 2

Calculați puterea consumată de un element rezistiv de 100 Ω conectat la o alimentare de 240 V.

Întrucât există doar o componentă conectată la sursă, rezistorul, atunci VR = VS

Deci, într-o rezistență AC ohmică curată, curentul și tensiunea se spune că sunt "în fază", deoarece nu există diferențe de fază între ele. Curentul care trece prin rezistor este direct proporțional cu tensiunea pe acesta cu această relație liniară într-un circuit AC numită Impedanță. Ca și în cazul circuitelor DC, Legea lui Ohm poate fi utilizată atunci când se lucrează cu rezistoare în circuitele AC pentru a calcula tensiunile, curenții și puterea rezistoarelor.