berita

Apa yang berlaku apabila anda meletakkan induktor dan kapasitor dalam litar? Sesuatu yang menarik-dan ia sebenarnya penting.
Anda boleh membuat pelbagai jenis induktor, tetapi jenis yang paling biasa ialah gegelung silinder-solenoid.
Apabila arus melalui gelung pertama, ia menghasilkan medan magnet yang melalui gelung lain. Melainkan amplitud berubah, medan magnet tidak akan benar-benar memberi sebarang kesan. Medan magnet yang berubah menjana medan elektrik dalam litar lain. Arah medan elektrik ini menghasilkan perubahan potensi elektrik seperti bateri.
Akhir sekali, kami mempunyai peranti dengan beza potensi yang berkadar dengan kadar masa perubahan arus (kerana arus menjana medan magnet). Ini boleh ditulis sebagai:
Terdapat dua perkara yang perlu ditunjukkan dalam persamaan ini. Pertama, L ialah induktansi. Ia hanya bergantung pada geometri solenoid (atau apa sahaja bentuk yang anda ada), dan nilainya diukur dalam bentuk Henry. Kedua, terdapat tolak tanda.Ini bermakna perubahan potensi merentas induktor adalah bertentangan dengan perubahan arus.
Bagaimanakah kearuhan berkelakuan dalam litar? Jika anda mempunyai arus malar, maka tiada perubahan (arus terus), jadi tiada beza potensi merentasi induktor-ia bertindak seolah-olah ia tidak wujud. Jika ada arus frekuensi tinggi (litar AC), akan terdapat perbezaan potensi yang besar merentasi induktor.
Begitu juga, terdapat banyak konfigurasi kapasitor yang berbeza.Bentuk paling mudah menggunakan dua plat konduktif selari, setiap satu dengan caj (tetapi cas bersih adalah sifar).
Caj pada plat ini mewujudkan medan elektrik di dalam kapasitor.Oleh kerana medan elektrik, potensi elektrik antara plat juga mesti berubah.Nilai beza keupayaan ini bergantung kepada jumlah cas.Beza keupayaan merentas kapasitor boleh ditulis sebagai:
Di sini C ialah nilai kemuatan dalam farad-ia juga bergantung hanya pada konfigurasi fizikal peranti.
Jika arus memasuki kapasitor, nilai cas pada papan akan berubah. Jika terdapat arus malar (atau frekuensi rendah), arus akan terus menambah cas pada plat untuk meningkatkan potensi, jadi dari masa ke masa, potensi akhirnya akan menjadi seperti litar terbuka, dan voltan kapasitor akan sama dengan voltan bateri (atau bekalan kuasa). Jika anda mempunyai arus frekuensi tinggi, caj akan ditambah dan diambil dari plat dalam kapasitor, dan tanpa caj pengumpulan, kapasitor akan berkelakuan seolah-olah ia tidak wujud.
Katakan kita mulakan dengan kapasitor yang dicas dan sambungkannya kepada induktor (tiada rintangan dalam litar kerana saya menggunakan wayar fizikal yang sempurna). Fikirkan detik apabila kedua-duanya disambungkan. Dengan mengandaikan terdapat suis, maka saya boleh melukis rajah berikut.
Inilah yang berlaku.Pertama, tiada arus (kerana suis terbuka).Apabila suis ditutup, akan ada arus, tanpa rintangan, arus ini akan melompat ke infiniti.Namun, peningkatan arus yang besar ini bermakna bahawa potensi yang dijana merentasi induktor akan berubah. Pada satu ketika, potensi perubahan merentasi induktor akan lebih besar daripada perubahan merentasi kapasitor (kerana kapasitor kehilangan cas apabila arus mengalir), dan kemudian arus akan membalikkan dan mengecas semula kapasitor .Proses ini akan terus berulang-kerana tiada rintangan.
Ia dipanggil litar LC kerana ia mempunyai induktor (L) dan kapasitor (C)-Saya rasa ini jelas. Perubahan potensi di sekeliling keseluruhan litar mestilah sifar (kerana ia adalah kitaran) supaya saya boleh menulis:
Kedua-dua Q dan I berubah mengikut masa. Terdapat sambungan antara Q dan I kerana arus ialah kadar masa perubahan cas yang meninggalkan kapasitor.
Sekarang saya mempunyai persamaan pembezaan tertib kedua bagi pembolehubah caj. Ini bukanlah persamaan yang sukar untuk diselesaikan-sebenarnya, saya boleh meneka penyelesaian.
Ini hampir sama dengan penyelesaian untuk jisim pada spring (kecuali dalam kes ini, kedudukan diubah, bukan caj). Tetapi tunggu! Kita tidak perlu meneka penyelesaiannya, anda juga boleh menggunakan pengiraan berangka untuk selesaikan masalah ini. Biar saya mulakan dengan nilai berikut:
Untuk menyelesaikan masalah ini secara berangka, saya akan memecahkan masalah kepada langkah masa kecil. Pada setiap langkah masa, saya akan:
Saya rasa ini agak keren. Lebih baik lagi, anda boleh mengukur tempoh ayunan litar (gunakan tetikus untuk melayang dan mencari nilai masa), dan kemudian gunakan kaedah berikut untuk membandingkannya dengan frekuensi sudut yang dijangkakan:
Sudah tentu, anda boleh menukar beberapa kandungan dalam program dan melihat apa yang berlaku-teruskan, anda tidak akan memusnahkan apa-apa secara kekal.
Model di atas tidak realistik. Litar sebenar (terutamanya wayar panjang dalam induktor) mempunyai rintangan. Jika saya ingin memasukkan perintang ini dalam model saya, litar akan kelihatan seperti ini:
Ini akan mengubah persamaan gelung voltan. Kini terdapat juga istilah untuk potensi penurunan merentasi perintang.
Saya sekali lagi boleh menggunakan sambungan antara cas dan arus untuk mendapatkan persamaan pembezaan berikut:
Selepas menambah perintang, ini akan menjadi persamaan yang lebih sukar, dan kita tidak boleh "meneka" penyelesaian sahaja. Walau bagaimanapun, ia tidak sepatutnya terlalu sukar untuk mengubah suai pengiraan berangka di atas untuk menyelesaikan masalah ini. Malah, satu-satunya perubahan ialah garisan yang mengira terbitan kedua caj. Saya menambah istilah di sana untuk menerangkan rintangan (tetapi bukan urutan pertama). Menggunakan perintang 3 ohm, saya mendapat hasil berikut (tekan butang main sekali lagi untuk menjalankannya).
Ya, anda juga boleh menukar nilai C dan L, tetapi berhati-hati. Jika ia terlalu rendah, kekerapan akan menjadi sangat tinggi dan anda perlu menukar saiz langkah masa kepada nilai yang lebih kecil.
Apabila anda membuat model (melalui analisis atau kaedah berangka), anda kadangkala tidak benar-benar tahu sama ada ia sah atau palsu sepenuhnya.Salah satu cara untuk menguji model adalah membandingkannya dengan data sebenar. Mari kita lakukan ini. Ini adalah saya tetapan.
Beginilah ia berfungsi. Mula-mula, saya menggunakan tiga bateri jenis D untuk mengecas kapasitor. Saya dapat mengetahui apabila kapasitor hampir dicas sepenuhnya dengan melihat voltan merentasi kapasitor. Seterusnya, cabut bateri dan kemudian tutup suis ke nyahcas kapasitor melalui induktor.Perintang hanyalah sebahagian daripada wayar-Saya tidak mempunyai perintang yang berasingan.
Saya mencuba beberapa kombinasi kapasitor dan induktor yang berbeza, dan akhirnya mendapat sedikit kerja. Dalam kes ini, saya menggunakan kapasitor 5 μF dan pengubah lama yang kelihatan buruk sebagai induktor saya (tidak ditunjukkan di atas). Saya tidak pasti tentang nilai kearuhan, jadi saya hanya menganggarkan kekerapan sudut dan menggunakan nilai kemuatan saya yang diketahui untuk menyelesaikan 13.6 kearuhan Henry. Untuk rintangan, saya cuba mengukur nilai ini dengan ohmmeter, tetapi menggunakan nilai 715 ohm dalam model saya nampaknya berfungsi terbaik.
Ini ialah graf model berangka saya dan voltan yang diukur dalam litar sebenar (saya menggunakan probe voltan pembezaan Vernier untuk mendapatkan voltan sebagai fungsi masa).
Ia bukan kesesuaian yang sempurna-tetapi ia cukup dekat untuk saya. Jelas sekali, saya boleh melaraskan sedikit parameter untuk mendapatkan kesesuaian yang lebih baik, tetapi saya fikir ini menunjukkan bahawa model saya tidak gila.
Ciri utama litar LRC ini ialah ia mempunyai beberapa frekuensi semula jadi yang bergantung pada nilai L dan C. Katakan saya melakukan sesuatu yang berbeza. Bagaimana jika saya menyambungkan sumber voltan berayun ke litar LRC ini? Dalam kes ini, arus maksimum dalam litar bergantung kepada kekerapan sumber voltan berayun.Apabila frekuensi punca voltan dan litar LC adalah sama, anda akan mendapat arus maksimum.
Tiub dengan kerajang aluminium ialah kapasitor, dan tiub dengan wayar ialah induktor. Bersama-sama dengan (diod dan cuping telinga) ini membentuk radio kristal. Ya, saya meletakkannya bersama beberapa bekalan mudah (saya mengikut arahan di YouTube ini video).Idea asasnya adalah untuk melaraskan nilai kapasitor dan induktor untuk "menala" ke stesen radio tertentu. Saya tidak dapat memastikannya berfungsi dengan baik-Saya tidak fikir terdapat stesen radio AM yang baik di sekeliling (atau induktor saya rosak).Walau bagaimanapun, saya mendapati bahawa kit radio kristal lama ini berfungsi dengan lebih baik.
Saya menjumpai stesen yang sukar saya dengar, jadi saya rasa radio buatan saya mungkin tidak cukup baik untuk menerima stesen. Tetapi bagaimana sebenarnya litar resonan RLC ini berfungsi, dan bagaimana anda mendapatkan isyarat audio daripadanya? Mungkin Saya akan simpan dalam entri akan datang.
© 2021 Condé Nast.semua hak terpelihara.Dengan menggunakan tapak web ini, anda menerima perjanjian pengguna dan dasar privasi dan pernyataan kuki kami, serta hak privasi California anda.Sebagai sebahagian daripada perkongsian ahli gabungan kami dengan peruncit, Wired mungkin menerima sebahagian daripada jualan daripada produk yang dibeli melalui laman web kami.Tanpa kebenaran bertulis Condé Nast terlebih dahulu, bahan di tapak web ini tidak boleh disalin, diedarkan, dihantar, dicache atau digunakan sebaliknya.Pemilihan iklan