Lidhja serike e një spirale dhe një kondensatori. Rryma alternative

Një qark oscilues është një pajisje e krijuar për të gjeneruar (krijuar) valë elektromagnetike. Që nga momenti i krijimit të tij deri në ditët e sotme, ai përdoret në shumë fusha të shkencës dhe teknologjisë: nga jeta e përditshme në fabrika të mëdha që prodhojnë një shumëllojshmëri të gjerë produktesh.

Nga çfarë përbëhet?

Qarku oscilues përbëhet nga një spirale dhe një kondensator. Përveç kësaj, ai mund të përmbajë gjithashtu një rezistencë (element të rezistencës së ndryshueshme). Një induktor (ose një solenoid, siç quhet ndonjëherë) është një shufër mbi të cilën janë mbështjellë disa shtresa dredha-dredha, e cila, si rregull, është një tel bakri. Është ky element që krijon dridhje në qarkun oscilues. Shufra në mes shpesh quhet mbytje, ose bërthamë, dhe spiralja nganjëherë quhet solenoid.

Spiralja e qarkut oscilues krijon lëkundje vetëm në prani të një ngarkese të ruajtur. Kur një rrymë kalon nëpër të, ajo grumbullon një ngarkesë, e cila më pas e kthen atë në qark nëse tensioni bie.

Telat e spirales zakonisht kanë shumë pak rezistencë, e cila mbetet gjithmonë konstante. Në qarkun e qarkut oscilues, ka shumë shpesh një ndryshim në tension dhe rrymë. Ky ndryshim i bindet disa ligjeve matematikore:

• U = U 0 * cos (w * (t-t 0), ku
  U - tension në një kohë të caktuar t,
  U 0 - tension gjatë t 0,
  w është frekuenca e lëkundjeve elektromagnetike.

Një komponent tjetër integral i qarkut është një kondensator elektrik. Ky është një element i përbërë nga dy pllaka, të cilat janë të ndara nga një dielektrik. Në këtë rast, trashësia e shtresës midis pllakave është më e vogël se dimensionet e tyre. Ky dizajn lejon që një ngarkesë elektrike të grumbullohet në dielektrikë, e cila më pas mund t'i jepet qarkut.

Dallimi midis një kondensatori dhe një baterie është se nuk ka transformim të substancave nën ndikimin e një rryme elektrike, por ndodh një akumulim i drejtpërdrejtë i ngarkesës në një fushë elektrike. Kështu, me ndihmën e një kondensatori, mund të grumbullohet një ngarkesë mjaft e madhe, e cila mund të lëshohet menjëherë. Në këtë rast, rryma në qark rritet shumë.

Gjithashtu, qarku oscilues përbëhet nga një element tjetër: një rezistencë. Ky element ka rezistencë dhe është krijuar për të kontrolluar rrymën dhe tensionin në qark. Nëse rriteni me tension konstant, atëherë rryma do të ulet sipas ligjit të Ohm-it:

• I = U / R, ku
  Unë - forca aktuale,
  U - tension,
  R - rezistenca.

Induktor

Le të hedhim një vështrim më të afërt në të gjitha hollësitë e funksionimit të një induktori dhe të kuptojmë më mirë funksionin e tij në një qark oscilues. Siç kemi thënë tashmë, rezistenca e këtij elementi tenton në zero. Kështu, nëse lidhet me një qark DC, megjithatë, nëse e lidhni spiralen me një qark AC, ajo funksionon siç duhet. Kjo na lejon të konkludojmë se elementi i reziston rrymës alternative.

Por pse ndodh kjo dhe si lind rezistenca me rrymë alternative? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, duhet t'i drejtohemi një fenomeni të tillë si vetë-induksioni. Kur rryma kalon përmes spirales, ajo lind në të, gjë që krijon një pengesë për ndryshimin e rrymës. Madhësia e kësaj force varet nga dy faktorë: induktiviteti i spirales dhe derivati ​​kohor i rrymës. Matematikisht, kjo varësi shprehet përmes ekuacionit:

• E = -L * I "(t), ku
  E - vlera EMF,
  L është vlera e induktivitetit të spirales (për secilën spirale është e ndryshme dhe varet nga numri i mbështjelljeve dhe trashësia e tyre),
  I "(t) është derivati ​​kohor i rrymës (shkalla e ndryshimit të rrymës).

Fuqia e rrymës së drejtpërdrejtë nuk ndryshon me kalimin e kohës, kështu që nuk lind rezistencë kur ekspozohet ndaj saj.

Por me rrymë alternative, të gjithë parametrat e tij ndryshojnë vazhdimisht sipas një ligji sinusoidal ose kosinus, si rezultat i të cilit lind një EMF, i cili parandalon këto ndryshime. Një rezistencë e tillë quhet induktive dhe llogaritet me formulën:

• X L = w * L, ku
  w është frekuenca e lëkundjes së qarkut,
  L është induktiviteti i spirales.

Rryma në solenoid rritet dhe zvogëlohet në mënyrë lineare sipas ligjeve të ndryshme. Kjo do të thotë që nëse ndaloni furnizimin me rrymë në spiralen, ajo do të vazhdojë të ngarkojë qarkun për ca kohë. Dhe nëse, në të njëjtën kohë, furnizimi me rrymë ndërpritet papritmas, atëherë do të ndodhë një goditje për faktin se ngarkesa do të përpiqet të shpërndajë dhe të dalë nga spiralja. Ky është një problem serioz në prodhimin industrial. Një efekt i tillë (edhe pse jo plotësisht i lidhur me qarkun oscilues) mund të vërehet, për shembull, kur priza tërhiqet nga priza. Në të njëjtën kohë, një shkëndijë kërcen, e cila në një shkallë të tillë nuk është në gjendje të dëmtojë një person. Kjo është për faktin se fusha magnetike nuk zhduket menjëherë, por gradualisht shpërndahet, duke nxitur rryma në përçuesit e tjerë. Në një shkallë industriale, forca aktuale është shumë herë më e madhe se 220 volt me ​​të cilat jemi mësuar, prandaj, nëse qarku ndërpritet në prodhim, mund të lindin shkëndija të një forte të tillë që do të shkaktojnë shumë dëm si për impiantin ashtu edhe për atë. personi.

Bobina është baza e asaj nga e cila përbëhet qarku oscilues. Induktancat e solenoideve të lidhura në seri mblidhen. Tjetra, ne do të hedhim një vështrim më të afërt në të gjitha hollësitë e strukturës së këtij elementi.

Çfarë është induktiviteti?

Induktiviteti i spirales së qarkut lëkundës është një tregues individual, numerikisht i barabartë me forcën elektromotore (në volt), i cili ndodh në qark kur forca aktuale ndryshon me 1 A në 1 sekondë. Nëse solenoidi është i lidhur me një qark të rrymës së drejtpërdrejtë, atëherë induktiviteti i tij përshkruan energjinë e fushës magnetike, e cila krijohet nga kjo rrymë sipas formulës:

• W = (L * I 2) / 2, ku
  W është energjia e fushës magnetike.

Faktori i induktivitetit varet nga shumë faktorë: nga gjeometria e solenoidit, nga karakteristikat magnetike të bërthamës dhe nga numri i mbështjelljeve të telit. Një veçori tjetër e këtij treguesi është se ai është gjithmonë pozitiv, sepse variablat nga të cilët varet nuk mund të jenë negative.

Induktiviteti mund të përkufizohet gjithashtu si veti e një përcjellësi me rrymë për të ruajtur energjinë në një fushë magnetike. Ajo matet në Henry (e quajtur sipas shkencëtarit amerikan Joseph Henry).

Përveç solenoidit, qarku oscilues përbëhet nga një kondensator, i cili do të diskutohet më poshtë.

Kondensator elektrik

Kapaciteti i qarkut oscilues përcaktohet nga kondensatori. Pamja e saj u përshkrua më lart. Tani le të analizojmë fizikën e proceseve që ndodhin në të.

Meqenëse pllakat e kondensatorit janë bërë nga një përcjellës, një rrymë elektrike mund të rrjedhë nëpër to. Megjithatë, ekziston një pengesë midis dy pllakave: një dielektrik (mund të jetë ajri, druri ose material tjetër me rezistencë të lartë. Për shkak të faktit se ngarkesa nuk mund të kalojë nga njëri skaj i telit në tjetrin, ai grumbullohet në pllakat e kondensatorit.Kjo rrit fuqinë e magnetikes dhe elektrike Kështu, kur ngarkesa pushon së rrjedhur, e gjithë energjia elektrike e grumbulluar në pllaka fillon të transmetohet në qark.

Çdo kondensator është i optimizuar për performancën e tij. Nëse ky element përdoret për një kohë të gjatë në një tension më të lartë se voltazhi nominal, jeta e tij e shërbimit do të reduktohet ndjeshëm. Kondensatori i qarkut lëkundës i nënshtrohet vazhdimisht ndikimit të rrymave, dhe për këtë arsye, kur e zgjidhni atë, duhet të jeni jashtëzakonisht të kujdesshëm.

Përveç kondensatorëve të zakonshëm, të cilët u diskutuan, ka edhe superkondensatorë. Ky është një element më kompleks: mund të përshkruhet si një kryqëzim midis një baterie dhe një kondensatori. Si rregull, substancat organike, midis të cilave ka një elektrolit, shërbejnë si një dielektrik në një superkondensator. Së bashku ata krijojnë një shtresë elektrike të dyfishtë, e cila lejon që kjo strukturë të ruajë shumë herë më shumë energji sesa një kondensator tradicional.

Sa është kapaciteti i një kondensatori?

Kapaciteti i një kondensatori është raporti i ngarkesës në kondensator me tensionin nën të cilin ndodhet. Ju mund ta llogaritni këtë vlerë shumë thjesht duke përdorur formulën matematikore:

• C = (e 0 * S) / d, ku
  e 0 - materiali dielektrik (vlera tabelare),
  S - zona e pllakave të kondensatorëve,
  d është distanca midis pllakave.

Varësia e kapacitetit të kondensatorit nga distanca midis pllakave shpjegohet me fenomenin e induksionit elektrostatik: sa më e vogël të jetë distanca midis pllakave, aq më shumë ato ndikojnë në njëra-tjetrën (sipas ligjit të Kulombit), aq më e madhe është ngarkesa e pllaka dhe sa më i ulët të jetë tensioni. Dhe me uljen e tensionit, vlera e kapacitetit rritet, pasi mund të përshkruhet edhe me formulën e mëposhtme:

• C = q / U, ku
  q është ngarkesa në kulonë.

Vlen të flitet për njësitë e kësaj sasie. Kapaciteti matet në farad. 1 farad është një vlerë mjaft e madhe, kështu që kondensatorët ekzistues (por jo superkondensatorët) kanë një kapacitet të matur në pikofarad (një trilion farad).

Rezistencë

Rryma në qarkun oscilues varet gjithashtu nga rezistenca e qarkut. Dhe përveç dy elementëve të përshkruar, nga të cilët përbëhet qarku oscilues (spiralja, kondensatori), ekziston edhe një i tretë - një rezistencë. Ai është përgjegjës për krijimin e rezistencës. Rezistenca ndryshon nga elementët e tjerë në atë që ka një rezistencë të lartë, e cila në disa modele mund të ndryshohet. Në qarkun oscilues, ai kryen funksionin e një rregullatori të fuqisë së fushës magnetike. Është e mundur të lidhni shumë rezistorë në seri ose paralelisht, duke rritur kështu rezistencën e qarkut.

Rezistenca e këtij elementi varet edhe nga temperatura, ndaj duhet të keni kujdes për punën e tij në qark, pasi nxehet kur kalon rryma.

Rezistenca e një rezistence matet në ohmë, dhe vlera e saj mund të llogaritet duke përdorur formulën:

• R = (p * l) / S, ku
  p është rezistenca specifike e materialit të rezistencës (e matur në (Ohm * mm 2) / m);
  l është gjatësia e rezistencës (në metra);
  S është sipërfaqja e prerjes tërthore (në milimetra katrorë).

Si të lidhni parametrat e rrugës?

Tani i afrohemi fizikës së qarkut oscilues. Me kalimin e kohës, ngarkesa në pllakat e kondensatorit ndryshon sipas një ekuacioni diferencial të rendit të dytë.

Nëse e zgjidhni këtë ekuacion, ai jep disa formula interesante që përshkruajnë proceset që ndodhin në qark. Për shembull, frekuenca ciklike mund të shprehet në terma të kapacitetit dhe induktivitetit.

Sidoqoftë, formula më e thjeshtë që ju lejon të llogaritni shumë sasi të panjohura është formula e Thomson (e quajtur sipas fizikanit anglez William Thomson, i cili e nxori atë në 1853):

• T = 2 * n * (L * C) 1/2.
  T është periudha e lëkundjeve elektromagnetike,
  L dhe C - përkatësisht, induktiviteti i spirales së qarkut lëkundës dhe kapaciteti i elementeve të qarkut,
  n është pi.

Faktori i cilësisë

Ekziston një sasi më e rëndësishme që karakterizon funksionimin e qarkut - faktori i cilësisë. Për të kuptuar se çfarë është, duhet t'i drejtoheni një procesi të tillë si rezonanca. Ky është një fenomen në të cilin amplituda bëhet maksimale me një madhësi konstante të forcës që mbështet këtë lëkundje. Rezonanca mund të shpjegohet duke përdorur një shembull të thjeshtë: nëse filloni të shtyni lëkundjen në kohë me frekuencën e tyre, atëherë ato do të përshpejtohen dhe "amplituda" e tyre do të rritet. Dhe nëse shtyni jashtë kohës, ata do të ngadalësohen. Rezonanca shpesh shpërndan shumë energji. Për të qenë në gjendje të llogarisin madhësinë e humbjeve, ata shpikën një parametër të tillë si shifra e meritës. Është një koeficient i barabartë me raportin e energjisë në sistem me humbjet që ndodhin në qark në një cikël.

Faktori i cilësisë së konturit llogaritet me formulën:

• Q = (w 0 * W) / P, ku
  w 0 - frekuenca e lëkundjeve ciklike rezonante;
  W është energjia e ruajtur në sistemin oscilues;
  P është shpërndarja e fuqisë.

Ky parametër është një sasi pa dimension, pasi në të vërtetë tregon raportin e energjive: të ruajtura ndaj shpenzuara.

Çfarë është një qark ideal oscilues

Për një kuptim më të mirë të proceseve në këtë sistem, fizikanët shpikën të ashtuquajturat qark ideal oscilues... Është një model matematik që paraqet një qark si një sistem me rezistencë zero. Në të shfaqen lëkundje të vazhdueshme harmonike. Një model i tillë bën të mundur marrjen e formulave për llogaritjen e përafërt të parametrave të konturit. Një nga këta parametra është energjia totale:

• W = (L * I 2) / 2.

Thjeshtime të tilla shpejtojnë ndjeshëm llogaritjet dhe ju lejojnë të vlerësoni karakteristikat e zinxhirit me treguesit e dhënë.

Si punon?

I gjithë cikli i funksionimit të qarkut oscilues mund të ndahet në dy pjesë. Tani do të analizojmë në detaje proceset që ndodhin në secilën pjesë.

• Faza e parë: pllaka e kondensatorit, e ngarkuar pozitivisht, fillon të shkarkohet, duke i dhënë rrymë qarkut. Në këtë moment, rryma kalon nga një ngarkesë pozitive në një negative, ndërsa kalon përmes spirales. Si rezultat, lëkundjet elektromagnetike lindin në qark. Rryma, duke kaluar përmes spirales, shkon në pllakën e dytë dhe e ngarkon atë pozitivisht (ndërsa pllaka e parë, nga e cila kalonte rryma, ngarkohet negativisht).
• Faza e dytë: ndodh procesi i kundërt. Rryma kalon nga pllaka pozitive (e cila në fillim ishte negative) në atë negative, duke kaluar përsëri përmes spirales. Dhe të gjitha akuzat bien në vend.

Cikli përsëritet derisa të ketë një ngarkesë në kondensator. Në një qark oscilues ideal, ky proces ndodh pafundësisht, por në atë real, humbjet e energjisë janë të pashmangshme për shkak të faktorëve të ndryshëm: ngrohja, e cila ndodh për shkak të ekzistimit të rezistencës në qark (nxehtësia xhaul) dhe të ngjashme.

Opsionet e dizajnit të kontureve

Përveç qarqeve të thjeshta "bobina-kondensator" dhe "spiral-rezistencë-kondensator", ka opsione të tjera që përdorin një qark oscilues si bazë. Ky është, për shembull, një qark paralel, i cili ndryshon në atë që ekziston si një element i një qarku elektrik (sepse, nëse do të ekzistonte veçmas, do të ishte një qark sekuencial, i cili u diskutua në artikull).

Ekzistojnë gjithashtu lloje të tjera ndërtimi që përfshijnë komponentë të ndryshëm elektrikë. Për shembull, mund të lidhni një transistor në rrjet që do të hapë dhe mbyllë qarkun me një frekuencë të barabartë me frekuencën e lëkundjes në qark. Kështu, në sistem do të vendosen lëkundje të pamposhtura.

Ku përdoret qarku oscilues?

Aplikimet më të njohura për komponentët e qarkut janë elektromagnetët. Ata, nga ana tjetër, përdoren në intercom, motorë elektrikë, sensorë dhe shumë zona të tjera jo shumë të zakonshme. Një aplikim tjetër është një oshilator. Në fakt, ky përdorim i qarkut është shumë i njohur për ne: në këtë formë përdoret në mikrovalë për të krijuar valë dhe në komunikimet celulare dhe radio për të transmetuar informacion në distancë. E gjithë kjo ndodh për faktin se lëkundjet e valëve elektromagnetike mund të kodohen në atë mënyrë që të jetë e mundur të transmetohet informacion në distanca të gjata.

Vetë spiralja e induktivitetit mund të përdoret si një element transformator: dy mbështjellje me numër të ndryshëm mbështjelljesh mund të transmetojnë ngarkesën e tyre duke përdorur një fushë elektromagnetike. Por meqenëse karakteristikat e solenoideve janë të ndryshme, atëherë treguesit e rrymës në dy qarqet me të cilat janë lidhur këta dy induktorë do të ndryshojnë. Kështu, është e mundur të konvertohet një rrymë me një tension prej, të themi, 220 volt në një rrymë me një tension prej 12 volt.

konkluzioni

Ne kemi analizuar në detaje parimin e funksionimit të qarkut oscilues dhe secilës pjesë të tij veç e veç. Mësuam se një qark oscilues është një pajisje e krijuar për të krijuar valë elektromagnetike. Sidoqoftë, këto janë vetëm bazat e mekanikës komplekse të këtyre elementeve në dukje të thjeshtë. Ju mund të mësoni më shumë rreth ndërlikimeve të konturit dhe përbërësve të tij nga literatura e specializuar.

Si sillet një induktor në një qark DC dhe AC?

Induktor DC

Pra, për këtë përvojë, ne kemi nevojë për një furnizim me energji elektrike që prodhon një tension konstant, një llambë inkandeshente dhe vetë induktorin.

Për të bërë një induktor me induktivitet të mirë, duhet të marrim një bërthamë ferriti:

Mbështilleni tela bakri të llakuar mbi të dhe hiqni telat:

Ne matim induktivitetin e spirales sonë duke përdorur një matës LC:

132 mikrohenry.

Tani ne i mbledhim të gjitha këto këtu sipas skemës së mëposhtme:

ku

L - induktor

La - llambë inkandeshente 12 volt

Bat - furnizim me energji elektrike, me një tension të caktuar prej 12 Volt

Drita është ndezur!

Siç e mbani mend, kondensatori ynë nuk lejoi që rryma elektrike e drejtpërdrejtë të kalonte përmes:

Përfundojmë: një rrymë elektrike konstante rrjedh pothuajse e papenguar nëpër induktor. Rezistenca zotërohet vetëm nga vetë tela, nga e cila është mbështjellë spiralja.

Induktor AC

Për të zbuluar se si sillet një induktor në një qark të rrymës alternative, na duhet një gjenerator i frekuencës, vetë induktori dhe një rezistencë 100 Ohm. Sa më e lartë të jetë rezistenca, aq më pak do të bjerë voltazhi nga gjeneratori im i frekuencës, kështu që mora një rezistencë 100 Ohm, të cilën do ta kem si shunt. Rënia e tensionit në këtë rezistencë do të varet nga rryma që rrjedh nëpër të.

Ne mbledhim të gjithë sendin sipas skemës së mëposhtme:

Doli diçka si kjo:

Le të biem dakord menjëherë që kanali ynë i parë të jetë i kuq, dhe kanali i dytë do të jetë i verdhë. Prandaj, vala e kuqe sinus është frekuenca që na jep gjeneratori i frekuencës, dhe vala e verdhë sinus është sinjali që hiqet nga rezistenca.

Mësuam se në frekuencë zero (rrymë e drejtpërdrejtë), spiralja kalon një rrymë elektrike përmes vetes pothuajse pa pengesa. Në eksperimentin tonë, ne do të ushqejmë një sinjal sinusoidal me frekuenca të ndryshme nga gjeneratori i frekuencës dhe do të shohim nëse voltazhi në të gjithë rezistencën ndryshon.

Testi N1

Së pari, ne dërgojmë një sinjal me një frekuencë prej 1 Kilohertz.

Le të kuptojmë se cila është cila. Në kornizën e gjelbër nxora matjet automatike që bën oshiloskopi

Rrethi i kuq me numrin "1" është matjet e kanalit "të kuq". Siç mund ta shohim F(frekuenca) = 1 Kilohertz, dhe Mami(amplitudë) = 1,96 volt. Epo, afërsisht 2 volt. Ne shikojmë rrethin me numrin "2". F= 1 Kilohertz, dhe Mami= 1,96 volt. Kjo do të thotë, mund të themi se sinjali në dalje është saktësisht i njëjtë si në hyrje.

Ne e rrisim frekuencën në 10 Kilohertz

Amplituda nuk është ulur. Sinjali, pra, mbeti i njëjtë.

Ne rritemi në 100 Kilohertz

E keni vënë re ndryshimin? Amplituda e sinjalit të verdhë është bërë më e vogël, madje edhe grafiku i sinjalit të verdhë është zhvendosur djathtas, domethënë është i vonuar, ose në gjuhën shkencore, shfaqet. Sinjali i kuq nuk lëviz askund, është ai i verdhë që mbetet pas. Mbani parasysh këtë.

Zhvendosja e fazës- atë dallimi ndërmjet fazave fillestare të dy vlerave të matura... Në këtë rast, tensioni. Për të matur zhvendosjen e fazës, duhet të ketë një kusht që këto sinjale të njëjtën frekuencë... Amplituda mund të jetë çdo gjë. Figura më poshtë tregon pikërisht këtë zhvendosje fazore ose, siç quhet gjithashtu, dallimi fazor:

Ne e rrisim frekuencën në 200 Kilohertz

Në një frekuencë prej 200 Kilohertz, amplituda ra përgjysmë dhe diferenca e fazës u bë më e madhe.

Ne e rrisim frekuencën në 300 Kilohertz.

Amplituda e sinjalit të verdhë tashmë ka rënë në 720 milivolt. Diferenca fazore është bërë edhe më e madhe.

Ne e rrisim frekuencën në 500 Kilohertz

Amplituda ra në 480 milivolt.

Shto një frekuencë tjetër deri në 1 Megahertz

Amplituda e kanalit të verdhë tani është 280 milivolt.

Epo, ne e shtojmë frekuencën në kufirin që gjeneratori i frekuencës ju lejon të prodhoni: 2 Megahertz

Amplituda e sinjalit "të verdhë" u bë aq e vogël saqë më duhej ta rrisja 5 herë.

Dhe mund të themi se zhvendosja e fazës është bërë pothuajse 90 gradë ose π / 2.

Por a do të bëhet zhvendosja e fazës më shumë se 90 gradë, nëse aplikoni një frekuencë shumë, shumë të lartë? Eksperimentet thonë jo. Për ta thënë thjesht, në një frekuencë të pafundme, zhvendosja e fazës do të jetë e barabartë me 90 gradë. Nëse kombinoni grafikët tanë në një frekuencë të pafundme, mund të shihni diçka si kjo:

Pra, çfarë përfundimi mund të nxirret?

Me rritjen e frekuencës, rezistenca e spirales rritet, dhe zhvendosja e fazës gjithashtu rritet. Dhe sa më e lartë të jetë frekuenca, aq më i madh është zhvendosja e fazës, por jo më shumë se 90 gradë.

Testi N2

Le të zvogëlojmë induktivitetin e spirales. Le ta ekzekutojmë përsëri në të njëjtat frekuenca. Unë hoqa gjysmën e kthesave dhe bëra kthesa në skajin e ferritit, duke ulur kështu induktivitetin në 33 mikrohenries.

Pra, le të ekzekutojmë gjithçka në të njëjtat vlera frekuence

Në një frekuencë prej 1 Kilohertz, vlera jonë pothuajse nuk ka ndryshuar.

10 Kilohertz

As këtu nuk ka ndryshuar asgjë.

100 kilohertz

Gjithashtu, pothuajse asgjë nuk ka ndryshuar, përveç se sinjali i verdhë filloi të lëvizë i qetë.

200 kilohertz

Këtu tashmë mund të shohim se amplituda në sinjalin e verdhë fillon të ulet dhe zhvendosja e fazës po rritet.

300 kilohertz

Zhvendosja e fazës u bë më e madhe dhe amplituda u fundos edhe më shumë

500 kilohertz

Zhvendosja u bë edhe më e madhe dhe amplituda e sinjalit të verdhë gjithashtu ra.

1 Megahertz

Amplituda e sinjalit të verdhë bie, shtohet zhvendosja e fazës. ;-)

2 Megahertz, kufiri i gjeneratorit tim të frekuencës

Zhvendosja e fazës u bë pothuajse e barabartë me 90 gradë, dhe amplituda u bë edhe më pak se gjysmë volt.

Vini re amplituda në volt në të njëjtat frekuenca. Në rastin e parë, induktiviteti ynë ishte më i madh se në rastin e dytë, por amplituda e sinjalit të verdhë në rastin e dytë është më e madhe se në rastin e parë.

Prandaj përfundimi sugjeron vetë:

Me zvogëlimin e induktivitetit, zvogëlohet edhe rezistenca e induktorit.

Reaktansa e induktorit

Me ndihmën e përfundimeve të thjeshta, fizikanët kanë nxjerrë formulën:

ku

X L - mbështjellje, Ohm

P - konstante dhe e barabartë me afërsisht 3.14

F - frekuenca, Hz

L - induktiviteti, H

Në këtë përvojë, ne kemi marrë (LPF). Siç e patë vetë, në frekuenca të ulëta induktori nuk ka pothuajse asnjë rezistencë ndaj tensionit, prandaj amplituda dhe fuqia në daljen e një filtri të tillë do të jenë pothuajse të njëjta si në hyrje. Por me një rritje të frekuencës, amplituda jonë zbehet. Duke aplikuar një filtër të tillë në altoparlant, mund të thuhet me siguri se vetëm basi, domethënë frekuenca e ulët e zërit, do të përforcohet.

konkluzioni

Një rrymë konstante rrjedh nëpër induktor pa asnjë problem. Rezistenca zotërohet vetëm nga vetë tela, nga e cila është mbështjellë spiralja.

Rezistenca e spirales varet nga frekuenca e rrymës që kalon nëpër të dhe shprehet me formulën:

Ligji i Ohm-it, në një qark të mbyllur DC

Tensioni në terminalet e burimit është më i vogël se EMF

U = IR; U = E - Ir

1. Rezistenca AC

R Konsideroni një qark të përbërë nga një burim i ndryshueshëm

rrymë, rezistencë dhe tela ideale.

Supozoni se tensioni në të gjithë rezistencën është

ndryshon sipas ligjit harmonik

U = U 0 cosω t.

Le të gjejmë forcën e rrymës që rrjedh nëpër rezistencë.

Ligji i Ohmit për seksion zinxhir

I = U / R ==> I = I 0 cosω t

Amplituda e rrymës I 0 = U 0 / R

Rryma dhe tensioni ndryshojnë sipas të njëjtit ligj harmonik (kosinus), domethënë janë në fazë. Do te thote, që, për shembull, në atë moment kur rryma në qark është maksimale, tensioni në të gjithë rezistencën është gjithashtu maksimal.

1. Kondensator AC

Le të lidhim kondensatorin me qarkun DC. Një pjesë e ngarkesës do të rrjedhë nga burimi aktual në pllakat e kondensatorit. Një impuls afatshkurtër i rrymës së karikimit shfaqet në qark. Kondensatori ngarkohet në tensionin e burimit, pas së cilës rryma ndalon. Rryma e drejtpërdrejtë nuk mund të rrjedhë përmes kondensatorit!

R Konsideroni proceset që ndodhin kur një kondensator është i lidhur me një qark të rrymës alternative

rryma e karikimit

Rryma elektrike nuk mund të rrjedhë përmes dielektrikës që ndan pllakat e kondensatorit, si më parë. Por si rezultat i proceseve të përsëritura periodike të ngarkimit dhe shkarkimit të kondensatorit, një rrymë alternative do të shfaqet në qark.

Nëse tensioni në qark ndryshon sipas një ligji harmonik,

U = U 0 cos ωt

atëherë ngarkesa në pllakat e kondensatorit ndryshon

gjithashtu nëligji harmonik

q = Cu = CU 0 cosω t

dhe rryma në qark mund të gjendet si derivat i ngarkesës

i = q /

i = -CU 0 ω mëkatω t = CU 0 ω cos (ω t + π / 2),

i = unë 0 ω cos (ω t + π / 2)

Amplituda e rrymës I 0 = CU 0 ω

Nga formula e përftuar shihet se në çdo moment të kohës

rryma e fazës më shumë faza e tensionit nëπ /2.

Në një qark të alternuar, voltazhi në kondensatorin aktual mbetet në fazë nga rryma meπ / 2, ose një e katërta e periudhës.

Kapaciteti

Vlera

quhen rezistencë kapacitive.

Marrëdhënia midis vlerave të amplitudës së rrymës dhe tensionit formalisht përkon me ligjin e Ohm-it për një seksion të qarkut

E njëjta lidhje vlen edhe për vlerat efektive të rrymës dhe tensionit.

Kapaciteti i kondensatorit varet nga frekuenca e tensionit të alternuar. Me një rritje të frekuencës së luhatjeve të tensionit, rezistenca kondensative zvogëlohet, kështu që amplituda e rrymës rritet në përpjesëtim të drejtë me frekuencënI 0 = CU 0 ω.

Ndërsa frekuenca zvogëlohet, amplituda e rrymës zvogëlohet dhe, në ω = 0, kthehet në 0. Vini re se frekuenca zero e lëkundjeve do të thotë që një rrymë e drejtpërdrejtë rrjedh në qark.

1. Induktor AC

Supozojmë se induktori ka një rezistencë aktive të papërfillshme R. Një element i tillë nuk mund të përfshihet në qarkun DC, sepse do të ndodhë një qark i shkurtër.

Në një qark të rrymës alternative, parandalohet një rritje e menjëhershme e fuqisë së rrymës EMF i vetë-induksionit. Për më tepër, për një superpërçuese i + u = 0.

Përdorimi i Ligjit të Faradeit për Vetë-Induksion e i = -Li / ,

mund të tregohet se nëse rryma në qark ndryshon sipas ligjit harmonik

i = unë 0 cos (ω t),

atëherë luhatjet e tensionit në spirale përshkruhen nga

ekuacioni

U = - I 0 Lω mëkat ω t = I 0 Lω cos(ω t+ π /2),

dmth luhatjet e tensionit Faza përpara luhatjeve aktuale ngaπ /2 .PunaU 0 = I 0 Lω është amplituda e tensionit:

U = U 0 cos (ω t + π / 2)

Rezistenca induktivee

Vlera

Tani le të supozojmë se seksioni i qarkut përmban një kondensator të kapacitetit C, dhe rezistenca dhe induktiviteti i seksionit mund të neglizhohen, dhe le të shohim me çfarë ligji do të ndryshojë tensioni në skajet e seksionit në këtë rast. Le të shënojmë tensionin midis pikave a dhe b përtej u dhe do të shqyrtojmë ngarkesën e kondensatorit q dhe amperazhi i pozitive nëse korrespondojnë me figurën 4. Pastaj

,

dhe për këtë arsye

.

, (1)

atëherë ngarkesa e kondensatorit është

.

Konstanta e integrimit q 0 këtu tregon një ngarkesë arbitrare konstante të kondensatorit, e cila nuk shoqërohet me luhatjet aktuale, dhe për këtë arsye vendosim
... Prandaj,

. (2)

Duke krahasuar (1) dhe (2), shohim se me luhatjet e rrymës sinusoidale në qark, tensioni në kondensator ndryshon gjithashtu sipas ligjit të kosinusit. Sidoqoftë, luhatjet e tensionit nëpër kondensator mbeten prapa luhatjeve të rrymës me  / 2. Ndryshimet në rrymë dhe tension me kalimin e kohës janë paraqitur grafikisht në Fig. 5. Rezultati i marrë ka një kuptim të thjeshtë fizik. Tensioni në një kondensator në çdo kohë të caktuar përcaktohet nga ngarkesa ekzistuese në kondensator. Por kjo ngarkesë u formua nga një rrymë që më parë rridhte në një fazë më të hershme të lëkundjeve. Prandaj, luhatjet e tensionit mbeten prapa luhatjeve të rrymës.

Formula (2) tregon se amplituda e tensionit nëpër kondensator është

.

Krahasimi i kësaj shprehjeje me ligjin e Ohmit për një seksion të një qarku me rrymë të vazhdueshme (
), shohim se sasia

luan rolin e rezistencës së seksionit të qarkut, quhet rezistencë kondensative. Kapaciteti është i varur nga frekuenca  dhe në frekuenca të larta edhe kapacitetet e vogla mund të paraqesin rezistencë shumë të vogël ndaj rrymës alternative. Është e rëndësishme të theksohet se kapaciteti përcakton marrëdhënien midis vlerave të rrymës dhe tensionit të amplitudës, jo të menjëhershme.

ndryshon me kalimin e kohës sipas një ligji sinusoidal me frekuencë të dyfishuar. Gjatë kohës nga 0 në T/ 4 fuqia është pozitive, dhe në tremujorin e ardhshëm të periudhës rryma dhe voltazhi kanë shenja të kundërta dhe fuqia bëhet negative. Meqenëse vlera mesatare gjatë periudhës së luhatjeve të sasisë
është zero, atëherë fuqia mesatare AC në kondensator
.

Induktor AC

Së fundi, merrni parasysh rastin e tretë të veçantë, kur seksioni i qarkut përmban vetëm induktancë. Si më parë, ne shënojmë me U tension midis pikave a dhe b dhe ne do të shqyrtojmë rrymën I pozitive nëse drejtohet nga a për të b(fig. 6). Në prani të rrymës alternative në induktor, do të lindë një EMF e vetë-induksionit, dhe për këtë arsye ne duhet të zbatojmë ligjin e Ohm për seksionin e qarkut që përmban këtë EMF:

.

Në rastin tonë R= 0, dhe EMF e vetë-induksionit

.

. (3)

Nëse rryma në qark ndryshon sipas ligjit

,

Mund të shihet se luhatjet e tensionit në të gjithë induktivitetin janë faza përpara luhatjeve të rrymës me  / 2. Kur forca aktuale, në rritje, kalon në zero, voltazhi tashmë arrin një maksimum, pas së cilës fillon të ulet; kur rryma është në maksimum, voltazhi kalon nga zero, e kështu me radhë. (fig. 7).

Nga (4) rrjedh se amplituda e tensionit është

,

dhe, rrjedhimisht, sasia

luan të njëjtin rol si rezistenca e një seksioni të qarkut. Kështu që
quhet reaktancë induktive. Reaktanca induktive është proporcionale me frekuencën e rrymës alternative, dhe për këtë arsye, në frekuenca shumë të larta, edhe induktancat e vogla mund të paraqesin rezistencë të konsiderueshme për rrymat alternative.

Fuqia e menjëhershme AC

gjithashtu, si në rastin e kapacitetit ideal, ai ndryshon me kalimin e kohës në një mënyrë sinusoidale me frekuencë të dyfishtë. Natyrisht, fuqia mesatare gjatë periudhës është zero.

Kështu, kur një rrymë alternative rrjedh përmes një kapaciteti dhe induktiviteti ideal, gjenden një numër ligjesh të përgjithshme:

Luhatjet e rrymës dhe tensionit ndodhin në faza të ndryshme - zhvendosja fazore midis këtyre luhatjeve është  / 2.

Amplituda e tensionit të alternuar në të gjithë kapacitetin (induktivitetin) është proporcionale me amplituda e rrymës alternative që rrjedh nëpër këtë element

ku X- reaktive (rezistenca kapacitive ose induktive). Është e rëndësishme të kihet parasysh se kjo rezistencë nuk lidh vlerat e menjëhershme të rrymës dhe tensionit, por vetëm vlerat maksimale të tyre. Rezistenca reaktive ndryshon nga rezistenca omike (rezistente) gjithashtu në atë që varet nga frekuenca e rrymës alternative.

Fuqia nuk shpërndahet në reaktancë (mesatarisht gjatë periudhës së lëkundjes), që do të thotë se, për shembull, një rrymë alternative me një amplitudë shumë të madhe mund të rrjedhë përmes kondensatorit, por nuk do të ketë gjenerim të nxehtësisë në kondensator. Kjo është pasojë e një zhvendosjeje fazore ndërmjet luhatjeve të rrymës dhe tensionit nëpër elementët reaktivë të qarkut (induktiviteti dhe kapaciteti).

Një element rezistent, i cili përshkruhet në diapazonin e konsideruar të frekuencës nga ligji i Ohm-it për i menjëhershëm rrymat dhe tensionet

,

quhet rezistencë omike ose aktive. Fuqia lëshohet në rezistenca aktive.