ziņas

Kas notiek, ja ķēdē ievietojat induktorus un kondensatorus? Kaut kas foršs — un tas patiesībā ir svarīgi.
Jūs varat izgatavot daudz dažādu veidu induktorus, bet visizplatītākais veids ir cilindriska spole - solenoīds.
Kad strāva iet cauri pirmajai cilpai, tā ģenerē magnētisko lauku, kas iet cauri pārējām cilpām. Ja amplitūda nemainās, magnētiskajam laukam īsti nebūs nekādas ietekmes. Mainīgais magnētiskais lauks ģenerē elektriskos laukus citās ķēdēs. Virziens Šis elektriskā lauks rada elektriskā potenciāla izmaiņas, piemēram, akumulators.
Visbeidzot, mums ir ierīce ar potenciālu starpību, kas ir proporcionāla strāvas maiņas ātrumam (jo strāva rada magnētisko lauku). To var uzrakstīt šādi:
Šajā vienādojumā ir jānorāda divas lietas. Pirmkārt, L ir induktivitāte. Tas ir atkarīgs tikai no solenoīda ģeometrijas (vai jebkuras formas), un tā vērtību mēra Henrija formā. Otrkārt, ir mīnuss. zīme.Tas nozīmē, ka potenciāla izmaiņas pāri induktors ir pretējas strāvas izmaiņām.
Kā induktivitāte uzvedas ķēdē? Ja jums ir pastāvīga strāva, tad nav nekādu izmaiņu (līdzstrāva), tāpēc nav potenciālu starpības pāri induktors - tas darbojas tā, it kā tas pat nepastāvētu. Ja ir augstfrekvences strāva (maiņstrāvas ķēde), induktorā būs liela potenciālu atšķirība.
Tāpat ir daudz dažādu kondensatoru konfigurāciju. Vienkāršākajā formā tiek izmantotas divas paralēlas vadošas plāksnes, katra ar lādiņu (bet neto lādiņš ir nulle).
Šo plākšņu lādiņš rada elektrisko lauku kondensatora iekšienē.Elektriskā lauka dēļ ir jāmainās arī elektriskajam potenciālam starp plāksnēm.Šīs potenciāla starpības vērtība ir atkarīga no lādiņa daudzuma.Kondensatora potenciālu starpība var būt rakstīts kā:
Šeit C ir kapacitātes vērtība farados — tā arī ir atkarīga tikai no ierīces fiziskās konfigurācijas.
Ja kondensatorā ieplūst strāva, lādiņa lādiņa vērtība mainīsies. Ja ir pastāvīga (vai zemas frekvences) strāva, strāva turpinās pievienot lādiņu plāksnēm, lai palielinātu potenciālu, tāpēc laika gaitā potenciāls galu galā palielināsies. būt kā atvērtai ķēdei, un kondensatora spriegums būs vienāds ar akumulatora spriegumu (vai barošanas avotu). Ja jums ir augstfrekvences strāva, maksa tiks pievienota un noņemta no kondensatora plāksnēm un bez uzlādes. uzkrāšanās, kondensators izturēsies tā, it kā tā pat nebūtu.
Pieņemsim, ka mēs sākam ar uzlādētu kondensatoru un pievienojam to induktors (ķēdē nav pretestības, jo izmantoju ideālus fiziskos vadus). Padomājiet par brīdi, kad abi ir savienoti. Pieņemot, ka ir slēdzis, es varu zīmēt. sekojošā diagramma.
Tas notiek. Pirmkārt, nav strāvas (jo slēdzis ir atvērts). Kad slēdzis ir aizvērts, būs strāva, bez pretestības šī strāva pārlēks līdz bezgalībai. Tomēr šis lielais strāvas pieaugums nozīmē, ka potenciāls, kas rodas pāri induktors, mainīsies. Kādā brīdī potenciālās izmaiņas pāri induktors būs lielākas nekā izmaiņas kondensatorā (jo kondensators zaudē lādiņu strāvai plūstot), un tad strāva apgriezīsies un uzlādēs kondensatoru. .Šis process turpinās atkārtot, jo nav pretestības.
To sauc par LC ķēdi, jo tai ir induktors (L) un kondensators (C) — es domāju, ka tas ir acīmredzami. Iespējamās izmaiņas visā ķēdē ir jābūt nullei (jo tas ir cikls), lai es varētu rakstīt:
Gan Q, gan I mainās laika gaitā. Ir savienojums starp Q un I, jo strāva ir laika likme, kurā mainās lādiņš, atstājot kondensatoru.
Tagad man ir otrās kārtas maksas mainīgā diferenciālvienādojums. Šo vienādojumu nav grūti atrisināt - patiesībā es varu uzminēt risinājumu.
Tas ir gandrīz tāds pats kā risinājums masai uz atsperes (izņemot šajā gadījumā tiek mainīta pozīcija, nevis lādiņš).Bet pagaidiet!Mums nav jāuzmin risinājums, varat arī izmantot skaitliskus aprēķinus, lai atrisiniet šo problēmu. Ļaujiet man sākt ar šādām vērtībām:
Lai atrisinātu šo problēmu skaitliski, es sadalīšu problēmu mazos laika posmos. Katrā laika posmā es:
Manuprāt, tas ir diezgan forši. Vēl labāk, ja varat izmērīt ķēdes svārstību periodu (izmantojiet peli, lai virzītu kursoru un atrastu laika vērtību), un pēc tam izmantojiet tālāk norādīto metodi, lai salīdzinātu to ar paredzamo leņķisko frekvenci:
Protams, jūs varat mainīt daļu programmas satura un redzēt, kas notiek - uz priekšu, jūs neko neiznīcināsit neatgriezeniski.
Iepriekš minētais modelis ir nereāls.Reālām shēmām (īpaši gariem vadiem induktoros) ir pretestība.Ja es vēlētos iekļaut šo rezistoru savā modelī, ķēde izskatītos šādi:
Tas mainīs sprieguma cilpas vienādojumu. Tagad būs arī termins potenciāla kritumam pāri rezistoram.
Es atkal varu izmantot savienojumu starp uzlādi un strāvu, lai iegūtu šādu diferenciālvienādojumu:
Pēc rezistora pievienošanas šis vienādojums kļūs sarežģītāks, un mēs nevaram vienkārši "uzminēt" risinājumu. Tomēr nevajadzētu būt pārāk grūti mainīt iepriekš minēto skaitlisko aprēķinu, lai atrisinātu šo problēmu. Patiesībā vienīgā izmaiņa ir līnija, kas aprēķina otro maksas atvasinājumu. Es pievienoju terminu, lai izskaidrotu pretestību (bet ne pirmās kārtas). Izmantojot 3 omu rezistoru, es iegūstu šādu rezultātu (vēlreiz nospiediet atskaņošanas pogu, lai to palaistu).
Jā, jūs varat arī mainīt C un L vērtības, taču esiet uzmanīgi. Ja tās ir pārāk zemas, frekvence būs ļoti augsta, un jums ir jāmaina laika soļa lielums uz mazāku vērtību.
Kad veidojat modeli (izmantojot analīzi vai skaitliskās metodes), jūs dažreiz īsti nezināt, vai tas ir likumīgs vai pilnīgi viltots. Viens veids, kā pārbaudīt modeli, ir salīdzināt to ar reāliem datiem. Ļaujiet mums to izdarīt. Šis ir mans iestatījumu.
Tas darbojas šādi. Pirmkārt, es izmantoju trīs D tipa akumulatorus, lai uzlādētu kondensatorus.Kad kondensators ir gandrīz pilnībā uzlādēts, varu noteikt, skatoties uz kondensatora spriegumu. Pēc tam atvienojiet akumulatoru un pēc tam aizveriet slēdzi izlādējiet kondensatoru caur induktors. Rezistors ir tikai daļa no stieples-man nav atsevišķa rezistora.
Es izmēģināju vairākas dažādas kondensatoru un induktoru kombinācijas, un beidzot izdevās. Šajā gadījumā kā induktors izmantoju 5 μF kondensatoru un slikti izskatīgu veco transformatoru (nav parādīts iepriekš). Es neesmu pārliecināts par to vērtību. induktivitāte, tāpēc es vienkārši novērtēju stūra frekvenci un izmantoju savu zināmo kapacitātes vērtību, lai atrisinātu 13,6 Henrija induktivitāti. Lai iegūtu pretestību, es mēģināju izmērīt šo vērtību ar ommetru, taču šķita, ka manā modelī izmantota vērtība 715 omi. labākais.
Šis ir mana skaitliskā modeļa un izmērītā sprieguma grafiks faktiskajā ķēdē (es izmantoju Vernjē diferenciālā sprieguma zondi, lai iegūtu spriegumu kā laika funkciju).
Tas nav ideāls, bet tas ir pietiekami tuvu man. Acīmredzot, es varu nedaudz pielāgot parametrus, lai iegūtu labāku piemērotību, bet es domāju, ka tas liecina, ka mans modelis nav traks.
Šīs LRC shēmas galvenā iezīme ir tā, ka tai ir dažas dabiskās frekvences, kas ir atkarīgas no L un C vērtībām. Pieņemsim, ka es izdarīju kaut ko savādāk. Ko darīt, ja šai LRC ķēdei pievienošu svārstīgo sprieguma avotu? Šajā gadījumā maksimālā strāva ķēdē ir atkarīga no svārstību sprieguma avota frekvences.Kad sprieguma avota un LC ķēdes frekvence ir vienāda, jūs saņemsiet maksimālo strāvu.
Caurule ar alumīnija foliju ir kondensators, bet caurule ar vadu ir induktors. Kopā ar (diodi un austiņu) tie veido kristāla radio. Jā, es to ievietoju kopā ar dažiem vienkāršiem materiāliem (es ievēroju šajā YouTube sniegtos norādījumus video). Pamatideja ir pielāgot kondensatoru un induktoru vērtības, lai tie “noskaņotos” uz konkrētu radio staciju. Nevaru panākt, lai tā darbotos pareizi – nedomāju, ka apkārt ir nevienas labas AM radio stacijas. (vai mans induktors ir salauzts). Tomēr es atklāju, ka šis vecais kristāla radio komplekts darbojas labāk.
Es atradu staciju, kuru gandrīz nedzirdu, tāpēc domāju, ka mans paštaisītais radio var nebūt pietiekami labs, lai uztvertu staciju. Bet kā tieši darbojas šī RLC rezonanses shēma un kā no tās iegūt audio signālu? Varbūt Es to saglabāšu nākamajā ierakstā.
© 2021 Condé Nast. Visas tiesības aizsargātas. Izmantojot šo vietni, jūs piekrītat mūsu lietotāja līgumam un konfidencialitātes politikai un sīkfailu paziņojumam, kā arī jūsu Kalifornijas privātuma tiesībām. Kā daļu no mūsu partnerattiecībām ar mazumtirgotājiem Wired var saņemt daļu no pārdošana no produktiem, kas iegādāti, izmantojot mūsu tīmekļa vietni.Bez Condé Nast iepriekšējas rakstiskas atļaujas šajā vietnē esošos materiālus nedrīkst kopēt, izplatīt, pārsūtīt, saglabāt kešatmiņā vai citādi izmantot.Reklāmu atlase