Qué es la diferencia de fase : Fórmula y su ecuación

En el mecanismo de las vibraciones, una fase es una porción de un periodo en el que un punto termina tras el paso completo por el cero o la posición de referencia. Este concepto es aplicable incluso a los movimientos armónicos simples en los que la fase es experimentada por los cuerpos vibrantes y las ondas. Al llegar a una forma de onda, la posición de la partícula-onda en una señal periódica se denomina "Fase". La fase completa de la señal es de 360 grados. El término entra en acción de forma crucial cuando dos o más ondas interfieren entre sí o viajan en un medio similar. En correspondencia con este planteamiento, se desarrolló el término "Diferencia de fase". En este artículo se explicará detalladamente la diferencia de fase, su ecuación, las formas de onda y la fórmula


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es la diferencia de fase?
    1. Ecuación
    2. Relación de fase
    3. Variación de las formas de onda
    4. Relaciones de fase de tensión y corriente con R, L, C

¿Qué es la diferencia de fase?

Considerando la forma de onda sinusoidal, la diferencia de fase se explica como el intervalo de tiempo en el que la onda se retrasa o se adelanta en correspondencia con otra onda. Este término es una característica de una sola onda y es la característica relativa de dos o más ondas. Incluso se denomina desplazamiento o ángulo. Generalmente se simboliza con la letra Ф. La fase completa de la señal se muestra como 2∏.

Como ya se ha dicho, la fase de una onda puede ir por detrás o por delante de la de otra onda; por delante corresponde que una onda esté por delante de la otra con la misma frecuencia. Mientras que el retardo corresponde a que una onda está por detrás de la otra con la misma frecuencia.

Para conocer completamente la diferencia de fase, es más importante conocer también los términos "cuadratura de fase" y "oposición de fase". Este término corresponde a cuando una forma de onda se adelanta o retrasa en un 90. Mientras que la oposición de fase corresponde cuando una forma de onda se adelanta o retrasa en 180.

Diferencia de fase

Para tener un análisis claro y detallado de la diferencia de fase, mira lo que se muestra a continuación figura de la forma de onda de la diferencia de fase se puede entender claramente.

El período de tiempo y los factores de fase de una onda están en proporción inversa con otra onda, lo que significa que

t en grados = (1/360 f) en grados

t en radianes = (1/6,28 f) en radianes

Aquí, "f" representa la frecuencia de la señal y "t" el intervalo de tiempo.

Ecuación

La ecuación de dos ondas sinusoidales puede mostrarse como

A

Esta es la ecuación de diferencia de fase.

Aquí, "Amax' es el nivel de amplitud máximo de la onda

ωt' representa la frecuencia angular de la onda medida en radianes/segundo

Y 'Ф' representa el ángulo calculado en grados/radianes en el que la onda se desplaza a la izquierda o a la derecha tomando una posición como punto de referencia. Cuando la inclinación positiva de la onda sinusoidal se desplaza por el eje horizontal antes de que el periodo de tiempo sea '0', se producirá un desplazamiento hacia la posición izquierda y entonces Ф > 0, lo que significa que el ángulo tiene características positivas. + Ф da un ángulo de avance. De forma clara, esto significa que + Ф aparece antes del tiempo de 0 generando así una dirección vectorial contraria a las agujas del reloj.

Del mismo modo, cuando la inclinación positiva de la onda sinusoidal se desplaza por el eje horizontal después de un cierto período de tiempo de t = '0', se producirá un desplazamiento hacia la posición derecha y entonces Ф < 0, lo que significa que el ángulo de fase tiene características negativas. - Ф da un ángulo de retraso. De forma clara, esto significa que - Ф aparece después del tiempo de 0 generando así una dirección vectorial en el sentido de las agujas del reloj.

Para representar claramente estas condiciones de adelanto y retraso, consideremos las descripciones pictóricas que muestran la relación de fase de la onda sinusoidal.

Relación de fase

Esta sección explica la la relación de fase de una forma de onda sinusoidal.

En primer lugar, consideremos que dos magnitudes variables que son la tensión y la corriente, donde estas magnitudes poseen una frecuencia similar de "f" (Hz). Cuando la frecuencia es la misma para estas dos magnitudes variables, la velocidad angular (ω) también será similar. Con esto, se puede saber que en cualquier periodo de tiempo, la tensión de fase (v) = la corriente de fase (i).

Por lo tanto, el grado de rotación dentro del periodo de tiempo específico será el mismo, y la variación de fase que existe entre estas dos cantidades será nula, es decir, Ф = 0. Esto demuestra que en el momento de un ciclo completo, los valores de la corriente y la tensión alcanzarán los valores máximos, entonces las dos cantidades variables estarán en una fase similar.

Ahora, consideremos la otra hipótesis en la que las magnitudes de tensión y corriente tienen una variación del 30 donde (Ф = 30 o ∏/6 rad). Como estas magnitudes tienen la misma velocidad de giro, también tienen niveles de frecuencia similares y esta variación de fase será constante en cualquier periodo de tiempo.

En la imagen anterior, la onda de tensión se inicia en la posición cero a través del eje horizontal, mientras que la onda de corriente está en valor negativo y no se moverá a través de la posición de referencia hasta que Ф > 30. Con esto, se crea un desfase.

Variación de las formas de onda

Para considerar la diferencia de las formas de onda, podemos saber claramente en tres condiciones diferentes que son

Fuera de fase

En el caso de que dos formas de onda que varían posean una frecuencia similar, pero no la misma fase, se dice que esas ondas están "Fuera de Fase". En este caso, la variación de fase no será nula. La imagen siguiente muestra la condición de no-fase para dos ondas sinusoidales. Mientras que en el caso de la onda En-Fase, el retardo existe en el formato de 1/3, 2/4, 2/5... más.

En la condición de fuera de fase, existen otros dos escenarios que son las fases adelantada y retrasada.

Fase de avance

La onda líder corresponde a que una onda se encuentra al frente de la otra con la misma cantidad de frecuencia. Para una onda líder, las ecuaciones de tensión y corriente vienen dadas por

Tensión (Vt) = Vm × sin ωt

Corriente (it) = Im × sin (ωt - Φ)

Aquí, "Ф" corresponde a la diferencia de ángulo de la onda principal.

Fase de retardo

La onda de retardo corresponde a que una onda está detrás de la otra con la misma cantidad de frecuencia. Para una onda principal, las ecuaciones de tensión y corriente vienen dadas por

Tensión (Vt) = Vm × sin ωt

Corriente (it) = Im × sin (ωt + Φ)

Aquí, "Ф" corresponde a la diferencia de ángulo de la onda retardada.

Diferencia de fase positiva y negativa
Diferencia de fase positiva y negativa

Formas de onda sinusoidal en fase

Las formas de onda en fase son aquellas en las que la diferencia de fase entre las dos ondas sinusoidales es cero. Esto sólo ocurre cuando las dos ondas tienen niveles de frecuencia y fase similares. Para estas ondas en fase, el retardo aparece como un número entero de longitudes de onda, como 3, 4, 5.... La siguiente imagen muestra las formas de onda en fase.

Las formas de onda tienen niveles de frecuencia similares, pero poseen distintos niveles de amplitud (aumento de la tensión). Se trata de la diferencia de fase de las formas de onda.

Relaciones de fase de tensión y corriente con R, L, C

Los circuitos R, L y C se denominan circuitos de resonancia. En este apartado se explica el concepto de rendimiento de tensión y corriente de los circuitos de inductores, resistencias y condensadores en correspondencia con la fase.

En el dispositivo de resistencia, la tensión y la corriente estarán en una fase similar. Por ello, la variación de fase entre las ondas es "0". En el dispositivo de condensador, la tensión y la corriente están desfasadas y el valor de la corriente precede a la tensión en un 90. Mientras que en el dispositivo inductor, la tensión y las corrientes están desfasadas y el valor de la tensión precede al de la corriente en un 90. El funcionamiento del inductor es totalmente contrario al comportamiento del condensador.

Y todo esto se refiere al concepto de diferencia de fase. Este artículo ofrece un análisis claro de lo que es el desfase, sus ecuaciones, fórmula, formas de onda y relación de fase. También es más importante saber cuál es la relación entre la diferencia de trayectoria y la diferencia de fase?

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