žinios

Kas atsitinka, kai į grandinę įdedate induktorių ir kondensatorių? Kažkas šaunaus – ir tai iš tikrųjų svarbu.
Galite pagaminti daug skirtingų tipų induktorių, tačiau labiausiai paplitęs tipas yra cilindrinė ritė - solenoidas.
Kai srovė praeina per pirmąją kilpą, ji sukuria magnetinį lauką, kuris praeina per kitas kilpas. Jei nepasikeis amplitudė, magnetinis laukas tikrai neturės jokio poveikio. Kintantis magnetinis laukas sukuria elektrinius laukus kitose grandinėse. Šis elektrinis laukas sukelia elektrinio potencialo pokytį kaip baterija.
Galiausiai turime įrenginį, kurio potencialų skirtumas yra proporcingas srovės pokyčio laiko greičiui (nes srovė sukuria magnetinį lauką). Tai galima parašyti taip:
Šioje lygtyje reikia atkreipti dėmesį į du dalykus. Pirma, L yra induktyvumas. Tai priklauso tik nuo solenoido geometrijos (ar bet kokios formos), o jo vertė matuojama Henrio forma. Antra, yra minusas ženklas.Tai reiškia, kad potencialo pokytis per induktorių yra priešingas srovės pokyčiui.
Kaip grandinėje elgiasi induktyvumas?Jei turite pastovią srovę, tada pokyčio nėra (nuolatinė srovė), todėl nėra potencialų skirtumo tarp induktoriaus - jis veikia taip, lyg jo net nebūtų. Jei yra aukšto dažnio srovė (kintamosios srovės grandinė), per induktorių bus didelis potencialų skirtumas.
Taip pat yra daug skirtingų kondensatorių konfigūracijų. Paprasčiausioje formoje naudojamos dvi lygiagrečios laidžios plokštės, kurių kiekviena turi įkrovą (bet grynasis įkrovimas lygus nuliui).
Šių plokščių įkrovimas kondensatoriaus viduje sukuria elektrinį lauką.Dėl elektrinio lauko turi keistis ir elektrinis potencialas tarp plokščių.Šio potencialų skirtumo vertė priklauso nuo įkrovimo dydžio.Potencialų skirtumas kondensatoriuje gali būti parašyta kaip:
Čia C yra talpos vertė faradais - tai taip pat priklauso tik nuo fizinės įrenginio konfigūracijos.
Jei srovė patenka į kondensatorių, plokštės įkrovos vertė pasikeis.Jei yra pastovi (arba žemo dažnio) srovė, srovė ir toliau papildys plokštes, kad padidėtų potencialas, todėl laikui bėgant potencialas ilgainiui padidės. būti kaip atvira grandinė, o kondensatoriaus įtampa bus lygi baterijos įtampai (arba maitinimo šaltiniui).Jei turite aukšto dažnio srovę, įkrovimas bus pridėtas ir pašalintas iš kondensatoriaus plokščių ir be įkrovimo kaupimasis, kondensatorius elgsis taip, lyg jo net nebūtų.
Tarkime, pradedame nuo įkrauto kondensatoriaus ir prijungiame jį prie induktoriaus (grandinėje nėra pasipriešinimo, nes aš naudoju tobulus fizinius laidus). Pagalvokite apie momentą, kai jie bus sujungti. Darant prielaidą, kad yra jungiklis, galiu piešti toliau pateiktą diagramą.
Taip ir vyksta.Pirma, nėra srovės (nes jungiklis atidarytas).Kai jungiklis bus uždarytas, bus srovė, be pasipriešinimo, ši srovė peršoks į begalybę. Tačiau šis didelis srovės padidėjimas reiškia, kad induktoriaus generuojamas potencialas pasikeis. Tam tikru momentu potencialo pokytis visoje induktyvumo ritėje bus didesnis nei kondensatoriaus pokytis (nes kondensatorius praranda įkrovą tekėdamas srovei), tada srovė apsisuks ir įkraus kondensatorių .Šis procesas kartosis, nes nėra pasipriešinimo.
Ji vadinama LC grandine, nes turi induktorių (L) ir kondensatorių (C) – manau, tai akivaizdu. Potencialų pokytis visoje grandinėje turi būti lygus nuliui (nes tai ciklas), kad galėčiau parašyti:
Ir Q, ir I keičiasi laikui bėgant. Yra ryšys tarp Q ir I, nes srovė yra kondensatoriaus įkrovos kitimo laikas.
Dabar turiu antros eilės diferencialinę krūvio kintamojo lygtį. Tai nėra sunku išspręsti lygtį – iš tikrųjų galiu atspėti sprendimą.
Tai beveik toks pat, kaip ir spyruoklės masės sprendimas (išskyrus šiuo atveju keičiama padėtis, o ne įkrova). Bet palaukite! Mums nereikia spėlioti sprendimo, taip pat galite naudoti skaitinius skaičiavimus. išspręskite šią problemą. Pradėsiu nuo šių verčių:
Norėdami išspręsti šią problemą skaitiniu būdu, suskirstysiu problemą į mažus laiko žingsnius. Kiekviename laiko etape aš:
Manau, kad tai gana šaunu. Dar geriau galite išmatuoti grandinės virpesių periodą (užveskite pelės žymeklį ir suraskite laiko reikšmę), o tada naudokite šį metodą, kad palygintumėte jį su numatomu kampiniu dažniu:
Žinoma, galite pakeisti dalį programos turinio ir pažiūrėti, kas atsitiks – pirmyn, nieko nesugadinsite visam laikui.
Aukščiau pateiktas modelis yra nerealus. Tikros grandinės (ypač ilgi induktorių laidai) turi varžą. Jei norėčiau įtraukti šį rezistorių į savo modelį, grandinė atrodytų taip:
Tai pakeis įtampos kilpos lygtį. Dabar taip pat bus terminas potencialo kritimui per rezistorių.
Vėl galiu naudoti ryšį tarp įkrovos ir srovės, kad gaučiau šią diferencialinę lygtį:
Pridėjus rezistorių, tai taps sunkesnė lygtis, ir mes negalime tiesiog „atspėti“ sprendimo. Tačiau neturėtų būti per sunku pakeisti aukščiau pateiktą skaitinį skaičiavimą, kad išspręstumėte šią problemą. Tiesą sakant, vienintelis pakeitimas yra eilutė, kuri apskaičiuoja antrąjį įkrovimo išvestinį. Ten pridėjau terminą, kad paaiškinčiau atsparumą (bet ne pirmą eilę). Naudodamas 3 omų rezistorių gaunu tokį rezultatą (dar kartą paspauskite paleidimo mygtuką, kad jį paleistumėte).
Taip, taip pat galite pakeisti C ir L reikšmes, bet būkite atsargūs.Jei jos per mažos, dažnis bus labai didelis ir turėsite pakeisti laiko žingsnio dydį į mažesnę reikšmę.
Kai kuriate modelį (naudodami analizę ar skaitmeninius metodus), kartais nelabai žinote, ar jis legalus, ar visiškai netikras. Vienas iš būdų išbandyti modelį – palyginti jį su tikrais duomenimis. Padarykime tai. Tai mano nustatymą.
Taip viskas veikia.Pirmiausia, kondensatoriams įkrauti naudojau tris D tipo baterijas.Kai kondensatorius beveik visiškai įkrautas, galiu pasakyti pažiūrėjęs į kondensatoriaus įtampą. Tada atjunkite akumuliatorių ir uždarykite jungiklį iškrauti kondensatorių per induktorių.Rezistorius yra tik dalis laido-aš neturiu atskiro rezistoriaus.
Išbandžiau keletą skirtingų kondensatorių ir induktorių derinių ir galiausiai gavau darbo. Šiuo atveju kaip induktorių naudojau 5 μF kondensatorių ir blogai atrodantį seną transformatorių (neparodyta aukščiau). Nesu tikras dėl jo vertės. induktyvumą, todėl aš tiesiog įvertinu kampinį dažnį ir naudoju savo žinomą talpos vertę, kad išspręsčiau 13,6 Henrio induktyvumą. Dėl varžos bandžiau išmatuoti šią vertę omometru, bet mano modelyje naudojant 715 omų vertę atrodė, kad tai veikė geriausia.
Tai yra mano skaitmeninio modelio ir išmatuotos įtampos tikrojoje grandinėje grafikas (naudojau Vernier diferencinės įtampos zondą, kad gaučiau įtampą kaip laiko funkciją).
Jis nėra idealus, bet jis man pakankamai artimas. Aišku, galiu šiek tiek pakoreguoti parametrus, kad geriau priglusčiau, bet manau, kad tai rodo, kad mano modelis nėra išprotėjęs.
Pagrindinis šios LRC grandinės bruožas yra tas, kad ji turi tam tikrus natūralius dažnius, kurie priklauso nuo L ir C reikšmių. Tarkime, aš padariau ką nors kitaip. Ką daryti, jei prie šios LRC grandinės prijungsiu svyruojančią įtampos šaltinį? Šiuo atveju maksimali srovė grandinėje priklauso nuo svyruojančios įtampos šaltinio dažnio.Kai įtampos šaltinio ir LC grandinės dažnis sutampa, gausite maksimalią srovę.
Vamzdis su aliuminio folija yra kondensatorius, o vamzdis su viela yra induktorius. Kartu su (diodu ir ausine) jie sudaro krištolinį radiją. Taip, aš jį sudėjau su keletu paprastų reikmenų (vadoviausi instrukcijomis, pateiktomis šiame YouTube vaizdo įrašas).Pagrindinė idėja yra sureguliuoti kondensatorių ir induktorių reikšmes, kad jie būtų „suderinti“ prie konkrečios radijo stoties. Negaliu jos tinkamai veikti – nemanau, kad aplinkui yra gerų AM radijo stočių. (arba mano induktorius sugedęs). Tačiau aš pastebėjau, kad šis senas krištolo radijo rinkinys veikia geriau.
Radau stotį, kurios sunkiai girdžiu, todėl manau, kad mano sukurtas radijas gali būti nepakankamas stočiai priimti. Bet kaip tiksliai veikia ši RLC rezonansinė grandinė ir kaip iš jos gauti garso signalą? Išsaugosiu būsimame įraše.
© 2021 Condé Nast. Visos teisės saugomos. Naudodami šią svetainę sutinkate su mūsų naudotojo sutartimi ir privatumo politika bei slapukų pareiškimu, taip pat su Kalifornijos privatumo teisėmis. Vykdydama partnerių partnerystę su mažmenininkais, „Wired“ gali gauti dalį pardavimas iš produktų, įsigytų per mūsų svetainę.Be išankstinio raštiško Condé Nast leidimo šioje svetainėje esančios medžiagos negalima kopijuoti, platinti, perduoti, išsaugoti talpykloje ar kitaip naudoti.Skelbimų pasirinkimas