nuus

Wat gebeur wanneer jy induktore en kapasitors in die stroombaan plaas? Iets cool - en dis eintlik belangrik.
Jy kan baie verskillende soorte induktors maak, maar die mees algemene tipe is 'n silindriese spoel - 'n solenoïde.
Wanneer die stroom deur die eerste lus gaan, genereer dit 'n magnetiese veld wat deur die ander lusse gaan.Tensy die amplitude verander, sal die magneetveld nie regtig enige effek hê nie.Die veranderende magneetveld genereer elektriese velde in ander stroombane.Die rigting van hierdie elektriese veld produseer 'n verandering in elektriese potensiaal soos 'n battery.
Laastens het ons 'n toestel met 'n potensiaalverskil wat eweredig is aan die tydtempo van verandering van die stroom (omdat die stroom 'n magnetiese veld opwek). Dit kan geskryf word as:
Daar is twee dinge om in hierdie vergelyking uit te wys. Eerstens is L die induktansie. Dit hang net af van die geometrie van die solenoïde (of watter vorm jy ook al het), en die waarde daarvan word gemeet in Henry se vorm. Tweedens is daar 'n minus teken. Dit beteken dat die verandering in potensiaal oor die induktor teenoor die verandering in stroom is.
Hoe tree die induktansie in die stroombaan op? As jy 'n konstante stroom het, dan is daar geen verandering (gelykstroom), so daar is geen potensiaalverskil oor die induktor nie - dit tree op asof dit nie eers bestaan ​​nie. As daar is 'n hoëfrekwensiestroom (WS-kring), sal daar 'n groot potensiaalverskil oor die induktor wees.
Net so is daar baie verskillende konfigurasies van kapasitors. Die eenvoudigste vorm gebruik twee parallelle geleidende plate, elk met 'n lading (maar die netto lading is nul).
Die lading op hierdie plate skep 'n elektriese veld binne die kapasitor. As gevolg van die elektriese veld moet die elektriese potensiaal tussen die plate ook verander. Die waarde van hierdie potensiaalverskil hang af van die hoeveelheid lading. Die potensiaalverskil oor die kapasitor kan wees geskryf as:
Hier is C die kapasitansiewaarde in farads - dit hang ook net af van die fisiese konfigurasie van die toestel.
As stroom die kapasitor binnegaan, sal die ladingwaarde op die bord verander. As daar 'n konstante (of lae frekwensie) stroom is, sal die stroom voortgaan om lading by die plate te voeg om die potensiaal te verhoog, so met verloop van tyd sal die potensiaal uiteindelik wees soos 'n oop stroombaan, en die kapasitorspanning sal gelyk wees aan die batteryspanning (of kragtoevoer).As jy 'n hoëfrekwensiestroom het, sal die lading bygevoeg en van die plate in die kapasitor weggeneem word, en sonder lading. akkumulasie, sal die kapasitor optree asof dit nie eens bestaan ​​nie.
Gestel ons begin met 'n gelaaide kapasitor en koppel dit aan 'n induktor (daar is geen weerstand in die stroombaan nie, want ek gebruik perfekte fisiese drade). Dink aan die oomblik wanneer die twee verbind is. Gestel daar is 'n skakelaar, dan kan ek teken die volgende diagram.
Dit is wat besig is om te gebeur.Eerstens is daar geen stroom nie (omdat die skakelaar oop is).Sodra die skakelaar toe is, sal daar stroom wees, sonder weerstand, sal hierdie stroom tot oneindig spring. Hierdie groot toename in stroom beteken egter dat die potensiaal wat oor die induktor gegenereer word, sal verander. Op 'n sekere punt sal die potensiaalverandering oor die induktor groter wees as die verandering oor die kapasitor (omdat die kapasitor lading verloor soos die stroom vloei), en dan sal die stroom omkeer en die kapasitor herlaai .Hierdie proses sal voortgaan om te herhaal-omdat daar geen weerstand is nie.
Dit word 'n LC-stroombaan genoem omdat dit 'n induktor (L) en 'n kapasitor (C) het - ek dink dit is duidelik. Die potensiaalverandering rondom die hele stroombaan moet nul wees (want dit is 'n siklus) sodat ek kan skryf:
Beide Q en I verander met verloop van tyd. Daar is 'n verband tussen Q en I, want stroom is die tydtempo van verandering van lading wat die kapasitor verlaat.
Nou het ek 'n tweede-orde differensiaalvergelyking van ladingsveranderlike. Dit is nie 'n moeilike vergelyking om op te los nie - ek kan eintlik 'n oplossing raai.
Dit is amper dieselfde as die oplossing vir die massa op die veer (behalwe in hierdie geval word die posisie verander, nie die lading nie). Maar wag! Ons hoef nie die oplossing te raai nie, jy kan ook numeriese berekeninge gebruik om los hierdie probleem op. Laat ek begin met die volgende waardes:
Om hierdie probleem numeries op te los, sal ek die probleem in klein tydstappe afbreek. By elke tydstap sal ek:
Ek dink dit is redelik cool. Selfs beter, jy kan die ossillasieperiode van die stroombaan meet (gebruik die muis om te beweeg en die tydwaarde te vind), en gebruik dan die volgende metode om dit met die verwagte hoekfrekwensie te vergelyk:
Natuurlik kan jy van die inhoud in die program verander en kyk wat gebeur - gaan voort, jy sal niks permanent vernietig nie.
Bogenoemde model is onrealisties. Werklike stroombane (veral lang drade in induktors) het weerstand. As ek hierdie weerstand by my model wil insluit, sal die stroombaan so lyk:
Dit sal die spanningslusvergelyking verander.Daar sal nou ook 'n term wees vir die potensiaalval oor die resistor.
Ek kan weer die verband tussen lading en stroom gebruik om die volgende differensiaalvergelyking te kry:
Nadat 'n weerstand bygevoeg is, sal dit 'n moeiliker vergelyking word, en ons kan nie net 'n oplossing "raai" nie. Dit behoort egter nie te moeilik te wees om die bogenoemde numeriese berekening te wysig om hierdie probleem op te los nie. Trouens, die enigste verandering is die lyn wat die tweede afgeleide van lading bereken.Ek het 'n term daar bygevoeg om weerstand te verduidelik (maar nie eerste orde nie). Deur 'n 3 ohm-weerstand te gebruik, kry ek die volgende resultaat (druk weer die speelknoppie om dit te laat loop).
Ja, jy kan ook die waardes van C en L verander, maar wees versigtig. As hulle te laag is, sal die frekwensie baie hoog wees en moet jy die grootte van die tydstap na 'n kleiner waarde verander.
Wanneer jy 'n model maak (deur analise of numeriese metodes), weet jy soms nie regtig of dit wettig of heeltemal vals is nie. Een manier om die model te toets is om dit met regte data te vergelyk. Kom ons doen dit. Dit is my instelling.
Dit is hoe dit werk.Eers het ek drie D-tipe batterye gebruik om die kapasitors te laai.Ek kan sien wanneer die kapasitor amper vol gelaai is deur na die spanning oor die kapasitor te kyk. Ontkoppel vervolgens die battery en maak dan die skakelaar toe na ontlaai die kapasitor deur die induktor. Die weerstand is slegs deel van die draad - ek het nie 'n aparte resistor nie.
Ek het verskeie verskillende kombinasies van kapasitors en induktors probeer, en uiteindelik werk gekry. In hierdie geval het ek 'n 5 μF kapasitor en 'n ou transformator wat sleg lyk as my induktor gebruik (nie hierbo getoon nie). Ek is nie seker oor die waarde van die induktansie, so ek skat net die hoekfrekwensie en gebruik my bekende kapasitansiewaarde om vir 13.6 Henry se induktansie op te los. Vir die weerstand het ek probeer om hierdie waarde met 'n ohmmeter te meet, maar die gebruik van 'n waarde van 715 ohm in my model het gelyk of dit werk beste.
Dit is 'n grafiek van my numeriese model en die gemete spanning in die werklike stroombaan (ek het 'n Vernier differensiële spanningsonde gebruik om die spanning as 'n funksie van tyd te verkry).
Dit is nie 'n perfekte passing nie, maar dit is naby genoeg vir my. Uiteraard kan ek die parameters 'n bietjie aanpas om 'n beter pasvorm te kry, maar ek dink dit wys dat my model nie mal is nie.
Die hoofkenmerk van hierdie LRC-kring is dat dit 'n paar natuurlike frekwensies het wat afhang van die waardes van L en C. Gestel ek het iets anders gedoen. Wat as ek 'n ossillerende spanningsbron aan hierdie LRC-kring koppel?In hierdie geval, die maksimum stroom in die stroombaan hang af van die frekwensie van die ossillerende spanningsbron. Wanneer die frekwensie van die spanningsbron en die LC stroombaan dieselfde is, sal jy die maksimum stroom kry.
'n Buis met aluminiumfoelie is 'n kapasitor, en 'n buis met 'n draad is 'n induktor. Saam met (diode en oorstuk) vorm dit 'n kristalradio. Ja, ek het dit saam met 'n paar eenvoudige voorrade (ek het die instruksies op hierdie YouTube gevolg) video). Die basiese idee is om die waardes van kapasitors en induktore aan te pas om op 'n spesifieke radiostasie te "tune". Ek kan dit nie behoorlik laat werk nie - ek dink nie daar is enige goeie AM-radiostasies in die omtrek nie. (of my induktor is stukkend). Ek het egter gevind dat hierdie ou kristalradiostel beter werk.
Ek het 'n stasie gekry wat ek skaars kan hoor, so ek dink my selfgemaakte radio is dalk nie goed genoeg om 'n stasie te ontvang nie. Maar hoe presies werk hierdie RLC resonante kring, en hoe kry jy die oudiosein daarvan?Miskien Ek sal dit in 'n toekomstige plasing stoor.
© 2021 Condé Nast.alle regte voorbehou.Deur hierdie webwerf te gebruik, aanvaar jy ons gebruikersooreenkoms en privaatheidsbeleid en koekieverklaring, sowel as jou Kalifornië-privaatheidsregte. As deel van ons geaffilieerde vennootskap met kleinhandelaars, kan Wired 'n gedeelte van die verkope vanaf produkte wat deur ons webwerf gekoop is.Sonder die vooraf skriftelike toestemming van Condé Nast, mag die materiaal op hierdie webwerf nie gekopieer, versprei, versend, gekas of andersins gebruik word nie. Advertensiekeuse