Salınan dövrə elektromaqnit rəqsləri yaratmaq (yaratmaq) üçün nəzərdə tutulmuş cihazdır. Yarandığı gündən bu günə qədər elm və texnologiyanın bir çox sahələrində istifadə edilmişdir: gündəlik həyatdan tutmuş geniş çeşiddə məhsullar istehsal edən nəhəng fabriklərə qədər.
Nədən hazırlanır?
Tərbiyə dövrəsi bobin və kondansatördən ibarətdir. Bundan əlavə, o, həmçinin bir rezistor (dəyişən müqaviməti olan element) ehtiva edə bilər. Bir induktor (və ya solenoid, bəzən deyildiyi kimi), bir qayda olaraq, bir mis məftil olan bir neçə təbəqə sarımının sarıldığı bir çubuqdur. Salınım dövrəsində salınımlar yaradan bu elementdir. Ortadakı çubuq tez-tez boğucu və ya nüvə adlanır və bobin bəzən solenoid adlanır.
Rəyişən dövrə bobini yalnız yığılmış yük olduqda salınır. Ondan cərəyan keçəndə o, yük toplayır və gərginlik azaldıqda dövrəyə verir.
Bobin naqilləri adətən çox az müqavimətə malikdir, bu həmişə sabit qalır. Bir salınan dövrənin dövrəsində gərginlik və cərəyanın dəyişməsi çox vaxt baş verir. Bu dəyişiklik müəyyən riyazi qanunlara tabedir:
-
U=U0cos(w(t-t0), burada
U cari gərginlikdir t zaman nöqtəsi, U0 - t0 anında gərginlik, w - tezliyi elektromaqnit rəqsləri.
Dövrənin digər ayrılmaz komponenti elektrik kondansatörüdür. Bu, bir dielektrik ilə ayrılan iki plitədən ibarət bir elementdir. Bu halda, plitələr arasındakı təbəqənin qalınlığı onların ölçülərindən azdır. Bu dizayn dielektrikdə elektrik yükünü toplamağa imkan verir, sonra dövrəyə ötürülə bilər.
Kondensatorla akkumulyator arasındakı fərq ondan ibarətdir ki, elektrik cərəyanının təsiri altında maddələrin çevrilməsi olmur, elektrik sahəsində birbaşa yük yığılmasıdır. Beləliklə, bir kondansatörün köməyi ilə bir anda verilə bilən kifayət qədər böyük bir yük toplamaq mümkündür. Bu halda dövrədə cərəyan gücü xeyli artır.
Həmçinin, salınan dövrə daha bir elementdən ibarətdir: rezistor. Bu element müqavimətə malikdir və dövrədə cərəyanı və gərginliyi idarə etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Rezistorun müqaviməti sabit bir gərginlikdə artırsa, qanuna uyğun olaraq cari gücü azalacaqOma:
-
I=U/R, burada
I cərəyan, U gərginlik, R müqavimətdir.
İnduktor
Gəlin induktivatorun bütün incəliklərinə daha yaxından nəzər salaq və onun salınım dövrəsində funksiyasını daha yaxşı başa düşək. Artıq dediyimiz kimi, bu elementin müqaviməti sıfıra meyllidir. Beləliklə, bir DC dövrəsinə qoşulduqda, qısa bir dövrə meydana gələrdi. Bununla belə, bobini AC dövrəsinə bağlasanız, düzgün işləyir. Bu, elementin alternativ cərəyana müqavimət göstərdiyi qənaətinə gəlməyə imkan verir.
Bəs niyə bu baş verir və alternativ cərəyanla müqavimət necə yaranır? Bu suala cavab vermək üçün biz özünü induksiya kimi bir fenomenə müraciət etməliyik. Cərəyan bobindən keçdikdə, onun içərisində cərəyanı dəyişdirmək üçün maneə yaradan bir elektromotor qüvvə (EMF) yaranır. Bu qüvvənin böyüklüyü iki amildən asılıdır: bobinin endüktansı və cərəyan gücünün zamana görə törəməsi. Riyazi olaraq bu asılılıq tənliyi ilə ifadə edilir:
-
E=-LI'(t), burada
E EMF dəyəri, L bobin endüktansının dəyəridir (hər bobin üçün fərqlidir və ondan asılıdır) sarımın rulonlarının sayı və onların qalınlığı üzrə), I'(t) - zamana görə cərəyan gücünün törəməsi (cari gücünün dəyişmə sürəti).
Birbaşa cərəyanın gücü zamanla dəyişmir, ona görə də ona məruz qaldıqda heç bir müqavimət olmur.
Amma alternativ cərəyanla onun bütün parametrləri sinusoidal və ya kosinus qanununa uyğun olaraq daim dəyişir,nəticədə bu dəyişikliklərin qarşısını alan bir EMF yaranır. Belə müqavimət induktiv adlanır və düsturla hesablanır:
- XL =wL
Solenoiddəki cərəyan müxtəlif qanunlara uyğun olaraq xətti olaraq artır və azalır. Bu o deməkdir ki, bobinə cari təchizatı dayandırsanız, o, bir müddət dövrəyə yük verməyə davam edəcəkdir. Eyni zamanda, cari tədarük kəskin şəkildə kəsilirsə, yükün paylanmağa və rulondan çıxmağa çalışacağına görə bir şok meydana gələcək. Bu, sənaye istehsalında ciddi problemdir. Belə bir təsir (tamamilə salınan dövrə ilə əlaqəli olmasa da), məsələn, fişini rozetkadan çəkərkən müşahidə edilə bilər. Eyni zamanda, belə bir miqyasda bir insana zərər verə bilməyən bir qığılcım sıçrayır. Bu, maqnit sahəsinin dərhal yoxa çıxmaması, əksinə, digər keçiricilərdə cərəyanları induksiya edərək tədricən dağılması ilə bağlıdır. Sənaye miqyasında cari güc bizim öyrəşdiyimiz 220 voltdan dəfələrlə böyükdür, buna görə də istehsalda dövrə kəsildikdə, həm zavoda, həm də insana çoxlu zərər verən belə güclü qığılcımlar yarana bilər.
Bobin salınan dövrənin nədən ibarət olduğunun əsasını təşkil edir. Ardıcıl olaraq solenoidlərin endüktansları toplanır. Sonra bu elementin strukturunun bütün incəliklərini daha yaxından nəzərdən keçirəcəyik.
İnduktivlik nədir?
Rəsmə dövrəsinin bobininin induktivliyi dövrədə meydana gələn elektrohərəkətçi qüvvəyə (voltla) ədədi olaraq bərabər olan fərdi göstəricidir.cərəyanın 1 saniyədə 1 A dəyişməsi. Solenoid bir DC dövrəsinə bağlıdırsa, onun endüktansı bu cərəyanın yaratdığı maqnit sahəsinin enerjisini düstura görə təsvir edir:
-
W=(LI2)/2, burada
W maqnit sahəsinin enerjisidir.
İnduktivlik əmsalı bir çox amillərdən asılıdır: solenoidin həndəsəsindən, nüvənin maqnit xüsusiyyətlərindən və naqilin bobinlərinin sayından. Bu göstəricinin başqa bir xüsusiyyəti onun həmişə müsbət olmasıdır, çünki onun asılı olduğu dəyişənlər mənfi ola bilməz.
İnduktivlik həmçinin maqnit sahəsində enerji saxlamaq üçün cərəyan keçirən keçiricinin xüsusiyyəti kimi də müəyyən edilə bilər. Henri ilə ölçülür (Amerika alimi Cozef Henrinin şərəfinə).
Solenoidə əlavə olaraq, salınan dövrə daha sonra müzakirə ediləcək bir kondansatördən ibarətdir.
Elektrik Kondansatör
Salınım dövrəsinin tutumu elektrik kondansatörünün tutumu ilə müəyyən edilir. Onun görünüşü haqqında yuxarıda yazılmışdır. İndi isə onda baş verən proseslərin fizikasını təhlil edək.
Kondensator lövhələri keçiricidən hazırlandığından elektrik cərəyanı onlardan keçə bilər. Bununla belə, iki lövhə arasında bir maneə var: dielektrik (bu, hava, ağac və ya yüksək müqavimət göstərən digər material ola bilər. Yük naqilin bir ucundan digərinə keçə bilmədiyi üçün, o, üzərində toplanır. kondansatör plitələri. Bu, onun ətrafındakı maqnit və elektrik sahələrinin gücünü artırır.plitələrdə yığılan elektrik dövrəyə ötürülməyə başlayır.
Hər bir kondansatörün işləməsi üçün optimal olan gərginlik dərəcəsi var. Bu element nominal gərginlikdən yuxarı bir gərginlikdə uzun müddət işlədilirsə, onun xidmət müddəti əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Salınımlı dövrə kondansatoru daim cərəyanlardan təsirlənir və buna görə də onu seçərkən son dərəcə diqqətli olmalısınız.
Adi kondensatorlardan başqa, ionistorlar da var. Bu, daha mürəkkəb bir elementdir: onu batareya ilə kondansatör arasında xaç kimi təsvir etmək olar. Bir qayda olaraq, üzvi maddələr bir elektrolit olan bir ionistorda dielektrik kimi xidmət edir. Onlar birlikdə ikiqat elektrik təbəqəsi yaradırlar ki, bu da bu dizaynda ənənəvi kondansatörlə müqayisədə dəfələrlə çox enerji toplamağa imkan verir.
Kondensatorun tutumu nədir?
Kondensatorun tutumu kondansatörün yükünün onun yerləşdiyi gərginliyə nisbətidir. Siz riyazi düsturdan istifadə edərək bu dəyəri çox sadə hesablaya bilərsiniz:
-
C=(e0S)/d, burada
e0 dielektrik materialın keçiriciliyidir (cədvəl dəyəri), S - kondansatör plitələrinin sahəsi, d - plitələr arasındakı məsafə.
Kondensatorun tutumunun lövhələr arasındakı məsafədən asılılığı elektrostatik induksiya fenomeni ilə izah olunur: plitələr arasındakı məsafə nə qədər kiçik olsa, onlar bir-birinə daha güclü təsir göstərir (Kulon qanununa görə), plitələrin yükü daha çox və gərginlik aşağıdır. Və gərginlik azaldıqcakapasitans dəyəri artır, çünki onu aşağıdakı düsturla da təsvir etmək olar:
-
C=q/U, burada
q kulon ilə yükdür.
Bu kəmiyyətin vahidləri haqqında danışmağa dəyər. Kapasitans faradlarla ölçülür. 1 farad kifayət qədər böyük dəyərdir ki, mövcud kondensatorlar (lakin ionistorlar deyil) pikofaradlarla (bir trilyon farad) ölçülən bir tutuma malikdirlər.
Rezistor
Rəyişən dövrədə cərəyan da dövrənin müqavimətindən asılıdır. Salınım dövrəsini (bobinlər, kondansatörlər) təşkil edən təsvir olunan iki elementə əlavə olaraq üçüncüsü də var - bir rezistor. O, müqavimət yaratmaqdan məsuldur. Rezistor digər elementlərdən fərqlənir ki, o, böyük müqavimətə malikdir, bəzi modellərdə dəyişdirilə bilər. Salınım dövrəsində o, maqnit sahəsinin güc tənzimləyicisi funksiyasını yerinə yetirir. Siz bir neçə rezistoru ardıcıl və ya paralel qoşa, bununla da dövrənin müqavimətini artıra bilərsiniz.
Bu elementin müqaviməti də temperaturdan asılıdır, ona görə də onun dövrədə işləməsinə diqqətli olmalısınız, çünki cərəyan keçən zaman qızır.
Rezistorun müqaviməti Ohm ilə ölçülür və onun dəyəri formula ilə hesablana bilər:
-
R=(pl)/S, burada
p rezistor materialının müqavimətidir ((Ohmmm2)/m ilə ölçülür);
l - rezistorun uzunluğu (metrlə);
S - bölmə sahəsi (kvadrat millimetrlə).
Yol parametrlərini necə əlaqələndirmək olar?
İndi biz fizikaya yaxınlaşırıqsalınım dövrəsinin işləməsi. Zaman keçdikcə kondansatör lövhələrindəki yük ikinci dərəcəli diferensial tənliyə uyğun olaraq dəyişir.
Bu tənliyi həll etsəniz, ondan dövrədə baş verən prosesləri təsvir edən bir neçə maraqlı düstur çıxır. Məsələn, tsiklik tezlik tutum və endüktans baxımından ifadə edilə bilər.
Lakin bir çox naməlum kəmiyyətləri hesablamağa imkan verən ən sadə düstur Tomson düsturudur (adını 1853-cü ildə əldə etmiş ingilis fiziki Uilyam Tomsonun şərəfinə götürmüşdür):
-
T=2p(LC)1/2.
T - elektromaqnit salınımları dövrü, L və C - müvafiq olaraq, salınan dövrənin bobinin endüktansı və dövrə elementlərinin tutumu, p - pi sayı.
Q faktoru
Dövrənin işini xarakterizə edən başqa mühüm dəyər də var - keyfiyyət amili. Bunun nə olduğunu başa düşmək üçün rezonans kimi bir prosesə müraciət etmək lazımdır. Bu, bu salınımı dəstəkləyən qüvvənin sabit dəyəri ilə amplitudanın maksimuma çatdığı bir fenomendir. Rezonansı sadə bir misalla izah etmək olar: əgər siz yelləncəyi tezliyinin döyüntüsünə itələməyə başlasanız, o, sürətlənəcək və onun “amplitudu” artacaq. Və vaxtı itələsəniz, onlar yavaşlayacaqlar. Rezonansda çoxlu enerji tez-tez dağılır. İtkilərin miqyasını hesablaya bilmək üçün keyfiyyət faktoru kimi bir parametr ortaya qoydular. Bu nisbətə bərabər nisbətdirsistemdəki enerjini bir dövrədə dövrədə baş verən itkilərə.
Dövrənin keyfiyyət əmsalı düsturla hesablanır:
-
Q=(w0W)/P, burada
w0 - rezonans siklik salınım tezliyi;
W - salınım sistemində saxlanılan enerji;
P - gücün yayılması.
Bu parametr ölçüsüz dəyərdir, çünki o, əslində enerji nisbətini göstərir: saxlanılan və xərclənən.
İdeal salınım dövrəsi nədir
Bu sistemdəki prosesləri daha yaxşı başa düşmək üçün fiziklər ideal salınım dövrəsi adlandırdılar. Bu, bir dövrəni sıfır müqaviməti olan bir sistem kimi təmsil edən riyazi modeldir. Sönümsüz harmonik salınımlar yaradır. Belə bir model kontur parametrlərinin təxmini hesablanması üçün düsturlar əldə etməyə imkan verir. Bu parametrlərdən biri ümumi enerjidir:
W=(LI2)/2.
Belə sadələşdirmələr hesablamaları əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirir və verilmiş göstəricilərlə dövrənin xüsusiyyətlərini qiymətləndirməyə imkan verir.
Necə işləyir?
Tərbiyə dövrəsinin bütün dövrəsini iki hissəyə bölmək olar. İndi hər hissədə baş verən prosesləri ətraflı təhlil edəcəyik.
- Birinci faza: Müsbət yüklü kondansatör lövhəsi dövrəyə cərəyan verərək boşalmağa başlayır. Bu anda cərəyan bobindən keçərək müsbət yükdən mənfi yükə keçir. Nəticədə dövrədə elektromaqnit rəqsləri baş verir. cərəyan keçirbobin, ikinci lövhəyə keçir və onu müsbət yükləyir (halbuki cərəyanın axdığı birinci boşqab mənfi yüklənir).
- İkinci mərhələ: əks proses baş verir. Cari müsbət boşqabdan (əvvəlində mənfi idi) mənfiyə keçir, yenidən bobindən keçir. Və bütün ödənişlər yerinə düşür.
Kondensatorda yük olduğu müddətcə dövr təkrarlanır. İdeal salınımlı dövrədə bu proses sonsuz şəkildə davam edir, lakin realda müxtəlif amillərin təsiri ilə enerji itkiləri qaçılmazdır: dövrədə müqavimətin olması səbəbindən baş verən qızma (Joul istilik) və s..
Kontur dizayn variantları
Sadə "bobin-kondensator" və "bobin-rezistor-kondansator" sxemlərindən başqa, salınım dövrəsini əsas götürən başqa variantlar da var. Bu, məsələn, elektrik dövrəsinin elementi kimi mövcud olması ilə fərqlənən paralel dövrədir (çünki əgər o, ayrıca mövcud olsaydı, məqalədə müzakirə olunan seriyalı dövrə olardı).
Müxtəlif elektrik komponentlərini özündə birləşdirən digər dizayn növləri də var. Məsələn, bir tranzistoru şəbəkəyə bağlaya bilərsiniz, bu, dövrəni dövrədəki salınım tezliyinə bərabər bir tezliklə açıb bağlayacaq. Beləliklə, sistemdə sönümsüz salınımlar qurulacaq.
Rəsm olunan dövrə harada istifadə olunur?
Dövrə komponentlərinin ən tanış tətbiqi elektromaqnitlərdir. Onlar, öz növbəsində, interkomlarda, elektrik mühərriklərində,sensorlar və bir çox digər o qədər də adi olmayan sahələrdə. Başqa bir proqram bir salınım generatorudur. Əslində, sxemin bu istifadəsi bizə çox tanışdır: bu formada o, mikrodalğalı sobada dalğalar yaratmaq üçün, mobil və radio rabitələrində isə məlumatı məsafəyə ötürmək üçün istifadə olunur. Bütün bunlar elektromaqnit dalğalarının salınımlarının uzun məsafələrə məlumat ötürmək mümkün olacaq şəkildə kodlaşdırıla bilməsi ilə bağlıdır.
İnduktorun özü transformatorun elementi kimi istifadə edilə bilər: müxtəlif sayda sarımları olan iki bobin elektromaqnit sahəsindən istifadə edərək yüklərini ötürə bilər. Lakin solenoidlərin xüsusiyyətləri fərqli olduğundan, bu iki induktorun birləşdirildiyi iki dövrədə cari göstəricilər fərqli olacaq. Beləliklə, məsələn, 220 volt gərginlikli cərəyanı 12 volt gərginliyə çevirmək mümkündür.
Nəticə
Biz salınım dövrəsinin və onun hər bir hissəsinin iş prinsipini ayrı-ayrılıqda ətraflı təhlil etdik. Öyrəndik ki, salınan dövrə elektromaqnit dalğaları yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuş bir cihazdır. Ancaq bunlar sadə görünən bu elementlərin mürəkkəb mexanikasının yalnız əsaslarıdır. Siz dövrənin incəlikləri və onun komponentləri haqqında xüsusi ədəbiyyatdan öyrənə bilərsiniz.
