מעגל נדנוד - זה ... עקרון הפעולה

מעגל נדנוד - מכשיר ליצירה (יצירה) של תנודות אלקטרומגנטיות. מראשית דרכה ועד היום הוא משמש בתחומים רבים מדעיים וטכנולוגיים החל בחיי היומיום למפעלים גדולים לייצר מוצרים שונים מאוד.

מבין מה המשמעות של זה מורכב?

מעגל התנודה כולל סליל ו קבלים. בנוסף, ייתכנו גם להיות נגד ההווה (אלמנט התנגדות משתנה). משרן (או סולנואיד, כפי שהוא נקרא לפעמים) הוא מוט שעליו בפיתולי מלופפים מספר שכבות, אשר בדרך כלל הוא חוט נחושת. זהו אלמנט זה יוצר תנודות במעגל תנודתית. בר, הממוקם באמצע, שנקרא לעתים קרובות לחנוק, או ליבה, ואת הסליל נקרא לפעמים סולנואיד.

סליל חשמלי נדנוד יוצר תנודות רק אם מטען אגור. כאשר עובר זרם דרך זה, זה מצטבר מטען אשר לאחר מכן נותן למעגל כאשר המתח יורד.

חוטי סליל בדרך כלל יש התנגדות נמוכה מאוד, אשר תמיד נשאר קבוע. מעגל מעגל התנודה קרוב מתרחש שינוי מתח אמפר. שינוי זה כפוף לחוקי מתמטיקה מסוימים:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), שבו
  U - מתח בבית לא הזמן,
  U ₀ - מתח בזמן t _0,
  תנודות אלקטרומגנטיות בתדירות - w.

עוד מרכיב חיוני של המעגל הוא קבלים חשמליים. אלמנט זה מורכב משני לוחות אשר מופרדים על ידי דיאלקטרי. העובי של השכבה בין האלקטרודות הוא פחות מ גודלם. עיצוב זה מאפשר לצבור על מבודד מטען חשמלי, אשר לאחר מכן תוכל לשלוח אל המעגל.

סוללת קבלים בניגוד היא כי אין מרה של חומרים על ידי הזרם החשמלי, ויש הצטברות ישירה תשלום בשדה חשמלי. לפיכך, דרך הקבלים יכולים להיות גדול מספיק כדי לצבור את החיוב, אשר יכול להינתן בבת אחת. במקרה זה, הזרם במעגל הוא גדל מאוד.

כמו כן, מעגל התנודה מורכב אחד אלמנט נוסף: נגד. יש אלמנט זה יש התנגדות ועל השליטה על המתח והזרם במעגל. אם במתח מתמיד להגדיל התנגדות של הנגד, הזרם יקטן פי חוק אוהם:

• I = U / R, שבו
  ואני - הנוכחי,
  U - מתח,
  R - התנגדות.

מַשׁרָן

בואו נסתכל מקרוב על כל הפרטים של משרן לטובה תבין את תפקידיו במעגל התהודה. כפי שאמרנו, את ההתנגדות של אלמנט זה נוטה לאפס. לפיכך, כאשר מחובר למעגל DC יתרחש לקצר. עם זאת, אם הסליל המחובר במעגל AC, שהוא פועל כראוי. זה מוביל למסקנה כי האלמנט יש התנגדות לזרם חילופין.

אבל למה זה קורה ואיך התנגדות מתרחשת כאשר זרם חשמלי משתנה? כדי לענות על שאלה זו עלינו להפוך לתופעה-השראות עצמיות. עם חלוף הנוכחי סליל בו יש כוח אלקטרומניע (EMF), אשר יוצר מכשול לשינוי הנוכחי. עוצמת הכח הזה תלוי בשני גורמים: זרם הסליל ואת הנגזרת ביחס לזמן. מבחינה מתמטית, תלות זו מתבטאת על ידי המשוואה:

• E = -L * אני "(t), שבו
  E - EMF,
  L - ערך השראות של הסליל (עבור כל סליל שונה ותלוי במספר בפיתולים של סלילי ואת העובי שלהם)
  אני (t) - זמן נגזר של (שיעור השינוי הנוכחי) הנוכחי.

כוח לאורך זמן DC לא ישתנה, כך ההתנגדות שלה כאשר הם נחשפים להתעורר.

אבל AC כל הפרמטרים שלו משתנים כל הזמן חוק סינוסי או קוסינוס, גרימת כוח אלקטרומניע, אשר מונע שינויים אלה. התנגדות כזו נקראת אינדוקציה מחושב על ידי הנוסחה:

• X _L = w * _L, שבו
  מעגל תנודת תדר, - w
  L - השראות של סליל.

העוצמת הנוכחית סולנואיד מגדילה באופן ליניארי וירידות פי חוקים שונים. משמעות הדבר היא שאם אתה מפסיק את זרימת הנוכחי סליל, זה יימשך כמה זמן לתת את תשלום במעגל. ואם זה בפתאומיות להפסיק את השטף הנוכחי, יש יירה מן העובדה כי התשלום ינסה לצאת ולהיות מופץ סליל. זהו - בעיה רצינית בייצור תעשייתי. אפקט זה (אם כי לא קשור לחלוטין למעגל התנודה) ניתן לראות, למשל, כאשר הסרת התקע מהשקע. במקרה זה מדלג הניצוץ כי בקנה מידה כזה לא יכול להזיק לאדם. זהו בשל העובדה שהשדה המגנטי אינו להיעלם מיד, אבל בהדרגה התפוגג, גרימת זרמים מנצחים אחרים. בשנת בקנה מידה תעשייתי כוחו הנוכחי גדול פי כמה וכמה מאשר 220 וולט הרגיל שלנו, ולכן הפרעה בשרשרת הייצור יכול לגרום לניצוצות כוח כזה יגרום הרבה נזק הן הצמח והגבר.

קויל - הוא היסוד כי שממנו מעגל התנודה הוא. ברצף סולנואידים משרן כללו הוסיף. בשלב הבא, אנחנו נסתכל מקרוב על כל פרטי המבנה של רכיב זה.

מהי ההשראות?

סליל השראות מעגל נדנוד - הוא פרמטר יחיד כי הוא שווה מבחינה מספרית לכוח electromotive (ב וולט), אשר מתרחש במעגל כאשר וריאציה נוכחית של 1 A עבור 1 שני. אם סולנואיד מחובר מעגל DC, ההשראות שלו מתארות את האנרגיה של שדה מגנטי, אשר נוצר על ידי זרם זה על ידי הנוסחא:

• = W (L * אני ²⁾ / 2, שם
  W - אנרגיית השדה המגנטי.

מקדם השראות תלוי בגורמים רבים: הגיאומטריה של סולנואיד, המאפיינים המגנטיים של הליבה של מספר סלילי התיל. תכונה נוספת של אינדיקטור זה היא שזה תמיד חיובי, כי משתנה שבו הוא תלוי, לא יכול להיות שלילי.

ההשראות יכולות גם להיות מוגדרות כמאפיין של מוליך עם אנרגיה נוכחית בחנות בשדה מגנטי. זה נמדד הנרי (על שמו של המדען האמריקני Dzhozefa Genri).

יתר במעגל תנודה סולנואיד מורכב קבלים, אשר יידון להלן.

קבל חשמלי

קיבוליות נקבעות על ידי מתנד המעגל החשמלי קיבול הקבל. המראה שלה כבר נכתב לעיל. עכשיו הבה נבחן את הפיסיקה של תהליכים המתרחשים בו.

מאז צלחות הקבל עשויים מנצח, אז זה יכול לזרום זרם חשמלי. עם זאת, בין שתי הצלחות הוא מכשול. מבדד (הם יכולים להיות אוויר, עץ או חומר אחר עם התנגדות גבוהה בשל העובדה כי ממונה לא יכול לעבור מקצה אחד של החוט לקצה השני, קיים הצטברות אותו צלחות קבל ובכך מגדיל את הכח המגנטי וחשמלי. שדות סביבו. לכן, על הפסקת התשלום ממשיכים כל החשמל שנצבר על הצלחות, מתחיל להיות מועבר אל המעגל.

יש כל קבל מתח נקוב, אופטימלי עבור פעולתו. אם אתה ארוך לנצל את האלמנט במתח גבוה הנומינלי, החיים מצטמצמים מאוד. הקבלים של המעגל תנודתית מושפעים כל זמן על ידי זרמים ולכן כאשר נבחרת צריכה להיות מאוד זהיר.

בנוסף קבל קונבנציונלי, אשר נדונו, ישנם גם קבלי שכבה כפולים חשמליים. זהו אלמנט מורכב יותר: זה יכול להיות מתואר הכלאה בין סוללת קבלים. בדרך כלל, דיאלקטרי קבלי שכבה כפולים חשמליים הם חומרים אורגניים, בין שהוא אלקטרוליט. יחד הם יוצרים שכבה כפולה חשמלית, המאפשרת לצבור בעיצוב הזה בזמנים יותר אנרגיה מאשר קבל קונבנציונלי.

מהי הקיבולת של קבל?

קיבוליות של קבל הוא היחס של הממונה הקבל למתח שבו הוא נמצא. חישוב הערך הזה יכול להיות מאוד פשוט בעזרת נוסחה מתמטית:

• C = (ה ₀ * S) / ד, שם
  e ₀ - דיאלקטרי קבוע של חומר דיאלקטרי (ערך טבלאי)
  S - שטח של צלחות הקבלים,
  ד - המרחק בין הלוחות.

התלות של קיבול של קבלים על המרחק בין האלקטרודות מוסברת התופעה של השראה אלקטרוסטטית היא פחות מאשר המרחק בין הלוחות, ככל שהם משפיעים אחד על השני (קולון), כך גדל אלקטרודות תשלום ופחות מתח. וכאשר ערך המתח של עליות קיבולת, שכן הוא יכול גם להיות מתואר על ידי הנוסחה הבאה:

• C = Q / U, שבו
  q - חיוב תליות.

זה לדבר על יחידות מדידה של כמות זו. קיבוליות נמדדות פאראד. 1 פָרָד - ערך גדול מספיק, אז קבל קיים (לא קבל) מדד קיבול ב picofarads (פָרָד ביליונית אחד).

נגד

הזרם במעגל התהודה תלוי גם ההתנגדות של המעגל. וחוץ מזה שני האלמנטים המתוארים המרכיבות מעגלים נדנוד (סליל, קבל), יש שלישית - נגד. הוא אחראי על יצירת דראג. נגד שונה אלמנטים אחרים כי יש לו עמידות גבוהה, אשר ניתן לשנות בדגמים מסוימים. מעגל התהודה שהיא מבצעת פונקצית בקרת ספק של השדה המגנטי. אפשר לחבר מספר נגדים בסדרה או במקביל, ובכך מגדיל את ההתנגדות של המעגל.

ההתנגדות של אלמנט זה גם תלויה בטמפרטורה, כך יש להקפיד על עבודתה במעגל, שכן הוא מחומם במהלך החלוף הנוכחי.

ההתנגדות נמדדת אוהם, ושוויו ניתן לחשב באמצעות הנוסחה:

• R = (l * p) / S, שבו
  p - נגד התנגדות החומר (הנמדד (אוהם * מ"מ ²⁾ / מ ');
  l - אורך של נגדים (במטרים);
  S - שטח חתך (במילימטרים רבועים).

איך לקשור פרמטרי לולאה?

עכשיו אנחנו צריכים לבוא קרוב פיזיקת פעולה של המעגל תנודתית. במשך זמן המטען על לוחות הקבל משתנה לפי משוואת דיפרנציאלית מסדר השני.

אם אתה לפתור משוואה זו, זה מרמז כמה נוסחות מעניינות המתארות את התהליכים המתרחשים במעגל. לדוגמה, בתדירות מחזורית ניתן לבטא במונחים של קיבול והשראות.

עם זאת, הנוסחה פשוטה ביותר המאפשרת לחשב את נעלמים רבים - המשוואה תומסון (שמו של הפיסיקאי הבריטי ויליאם תומסון, שהביא לה 1853):

• T = 2 * * f (C * L) ^1/2.
  T - בין תנודות אלקטרומגנטיות,
  L ו- C - בהתאם, ההשראות של סליל במעגל נדנוד רכיב במעגל קיבול,
  n - המספר פי.

גורם איכות

יש עוד כמות חשובה המאפיינת את קווי המתאר של העבודה - הגורם איכות. כדי להבין במה מדובר, כדאי להתייחס לתהליך זה בתור תהודה. תופעה זו, שבה משרעת הופכת את הכח המרבי לפי שווי מתמיד, המהווה תמיכת תנופה. תהודה יכולה להסביר באמצעות דוגמא פשוטה: אם אתה מתחיל לדחוף את התנופה לפי הקצב של התדר שלהם, הם יוכלו להיות מואצים, ו "משרעת" יגדילו שלהם. אבל אם אתה לא לדחוף את הקצב, הם יוכלו להאט. בשעת תהודה, לרוב מתפוגג הרבה אנרגיה. על מנת להיות מסוגל לחשב את הערך של אובדן, המצאנו פרמטר כגון גורם האיכות. זהו מקדם השווה ליחס של אנרגיה, הממוקם במערכת, כדי הפסדים המתרחשים במהלך מחזור אחד במעגל.

גורם איכות מעגלת מחושב לפי הנוסחא:

• Q = (w ₀ * W) / P, שבו
  w ₀ - תהודה התדירות הזוויתית של תנודות;
  W - את האנרגיה האצורה במערכת רטט;
  P - פיזור הספק.

פרמטר זה - ממדים מאז בעצם מראה את יחס האנרגיה: לאחסן בילו.

מהו מעגל הנדנוד האידיאלי

עבור הבנה טובה יותר של התהליכים במערכת הפיזיקה שהגה את מעגל הנדנוד שנקרא אידיאלי. זהו מודל מתמטי המייצג את המעגל כמערכת עם התנגדות אפס. נניח שיש תנודות הרמוניות undamped. מודל זה מאפשר לקבל פרמטרים במעגל חישוב נוסחא משוערים. אחד הפרמטרים האלה - האנרגיה הכוללת:

• = W (* L לי ²⁾ / 2.

פישוט כזה מאוד להאיץ חישובים ולאפשר להעריך מאפייני מעגל בעלי מאפיינים קבועים מראש.

איך זה עובד?

כל המחזור התפעולי מעגלים הנדנוד ניתן לחלק לשני חלקים. עכשיו נוכל לראות בדיוק את התהליכים המתרחשים בכל חלק.

• קבלי צלחת השלב הראשונים, מטען החשמלי חיובי, מתחילים לפרוק, מתן הזרם במעגל. בשלב זה, הזרם הולך מ חיובי מטען שלילי, תוך שהם מעבירים דרך הסליל. כתוצאה מכך, תנודות אלקטרומגנטיות להתרחש המעגל. העברת זרם דרך הסליל, זה עובר צלחת שנייה מטעינה אותו באופן חיובי (ואילו האלקטרודה הראשונה, אשר נוכחי הלכה, מטען שלילי).
• השלב השני מתרחש תהליך הפוך ישירות. הזרם עובר מהצלחת החיובית (אשר בהתחלה הייתה שלילי) לשלילי, עובר שוב דרך הסליל. וכל את ההאשמות על מקומו בשלום.

המחזור חוזר על עצמו כל עוד הקבל טעון. במעגל תהודה אידיאלי התהליך הזה הוא אינסופי, ואת אובדן הכח האמיתי הוא בלתי נמנע בשל גורמים שונים: החימום מתרחש בשל קיומה של ההתנגדות במעגל (חום Joule), וכדומה.

תכנון מעגלים התגלמויות

בנוסף מעגלים פשוטים "את קבל הסליל" ו "סליל-נגד קבלים", יש אפשרויות אחרות, כמו שימוש במעגל תנודת בסיס. זו, למשל, מעגל מקביל אשר מאופיין בכך קיים מעגל אלמנט (כי כפי שהוא מקיים לבד, זה יהיה מעגל סדרות אשר נדונה במאמר).

ישנם גם סוגים אחרים של בנייה, כולל רכיבים חשמליים שונים. לדוגמה, אפשר להתחבר הטרנזיסטור רשת שייפתח ולסגור מעגל עם תדירות שווה את תדירות תנודה של המעגל. לפיכך, המערכת תתקין תנודות undamped.

איפה מעגל התנודה משמש?

המוכר ביותר לנו את השימוש ברכיבים של המעגל - זה אלקטרומגנטים. הם, בתורם, משמשים מערכות אינטרקום, מנועים, חיישנים, ובאזורים פחות קונבנציונליים רבים אחרים. יישום נוסף - מתנד. למעשה, הוא השימוש במעגל הוא מאוד מוכר לנו: טופס זה, הוא משמש במיקרוגל כדי ליצור גלי התקשורת הסלולרית ואלחוטית להעביר מידע במרחק. כל זה בשל העובדה כי תנודות של גלים אלקטרומגנטיים יכולים להיות מקודד בצורה כזאת שזה יהיה אפשרי להעביר מידע למרחקים ארוכים.

משרן עצמו יכול לשמש כמרכיב עבור השנאי, שני סלילים עם מספר שונה של בפיתולים יכולים לעבור דרך השדה האלקטרומגנטי התשלום שלהם. אבל כמו סולנואידים מאפיינים שונים, ודמויות נוכחיות בשני המעגלים, אשר מחוברים ההשראות שני ישתנה. לפיכך, אפשר להמיר מתח נוכחי, אומר 220 וולט ב נוכחי עם מתח של 12 וולט.

מסקנה

פירטנו את העיקרון של מעגל נדנוד כל חלק בנפרד. למדנו כי מעגל הנדנוד - מכשיר שנועד לייצר גלים אלקטרומגנטיים. עם זאת, זה רק את היסודות של מכניקת מורכבים אלה, אלמנטים פשוטים לכאורה. למידע נוסף על המורכבויות של המעגל ואת מרכיביו יכול להיות מן הספרות המקצועית.