Tebranish sxemasi - bu elektromagnit tebranishlarni hosil qilish (yaratish) uchun mo'ljallangan qurilma. Yaratilganidan to hozirgi kungacha u fan va texnikaning koʻplab sohalarida qoʻllanilgan: kundalik hayotdan tortib turli xil mahsulotlarni ishlab chiqaradigan ulkan zavodlargacha.
U nimadan yasalgan?
Tebranish sxemasi lasan va kondansatkichdan iborat. Bundan tashqari, u rezistorni ham o'z ichiga olishi mumkin (o'zgaruvchan qarshilikka ega element). Induktor (yoki solenoid, ba'zan deyiladi) - bu, qoida tariqasida, mis sim bo'lgan bir necha qatlamli o'rash o'ralgan novda. Aynan shu element tebranish pallasida tebranishlarni hosil qiladi. O'rtadagi novda ko'pincha chok yoki yadro deb ataladi va lasan ba'zan solenoid deb ataladi.
Tebranish sxemasi bobini faqat saqlangan zaryad mavjud bo'lganda tebranadi. U orqali oqim o'tganda, u zaryadni to'playdi va kuchlanish tushib qolsa, u kontaktlarning zanglashiga olib keladi.
Bobinli simlar odatda juda kam qarshilikka ega, bu har doim doimiy boʻlib qoladi. Tebranuvchi konturning pallasida kuchlanish va oqimning o'zgarishi juda tez-tez sodir bo'ladi. Bu oʻzgarish maʼlum matematik qonunlarga boʻysunadi:
-
U=U0cos(w(t-t0), bu erda
U - joriy kuchlanish vaqt nuqtasi t, U0 - vaqtdagi kuchlanish t0, w - chastotasi elektromagnit tebranishlar.
Sxemaning yana bir ajralmas komponenti bu elektr kondansatkichdir. Bu dielektrik bilan ajratilgan ikkita plastinkadan iborat element. Bunday holda, plitalar orasidagi qatlamning qalinligi ularning o'lchamlaridan kamroq. Bu konstruksiya dielektrikda elektr zaryadini to‘plash imkonini beradi, keyin uni kontaktlarning zanglashiga olib o‘tish mumkin.
Kondensator va akkumulyator oʻrtasidagi farq shundaki, elektr toki taʼsirida moddalarning oʻzgarishi sodir boʻlmaydi, balki elektr maydonida toʻgʻridan-toʻgʻri zaryad toʻplanadi. Shunday qilib, kondansatör yordamida bir vaqtning o'zida berilishi mumkin bo'lgan etarlicha katta zaryadni to'plash mumkin. Bunday holda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim kuchi sezilarli darajada oshadi.
Shuningdek, tebranish sxemasi yana bitta elementdan iborat: rezistor. Ushbu element qarshilikka ega va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim va kuchlanishni nazorat qilish uchun mo'ljallangan. Agar rezistorning qarshiligi doimiy kuchlanishda oshirilsa, u holda oqim kuchi qonunga muvofiq kamayadiOma:
-
I=U/R, bu yerda
I tok, U kuchlanish, R qarshilik.
Induktor
Keling, induktorning barcha nozik tomonlarini batafsil ko'rib chiqamiz va uning tebranish zanjiridagi funktsiyasini yaxshiroq tushunamiz. Yuqorida aytib o'tganimizdek, bu elementning qarshiligi nolga intiladi. Shunday qilib, shahar zanjiriga ulanganda, qisqa tutashuv sodir bo'ladi. Biroq, agar siz lasanni AC pallasiga ulasangiz, u to'g'ri ishlaydi. Bu element o'zgaruvchan tokga qarshilik ko'rsatadi degan xulosaga kelish imkonini beradi.
Ammo nima uchun bu sodir bo'ladi va o'zgaruvchan tok bilan qarshilik qanday paydo bo'ladi? Bu savolga javob berish uchun biz o'z-o'zini induksiya kabi hodisaga murojaat qilishimiz kerak. Oqim g' altakdan o'tganda, unda elektromotor kuch (EMF) paydo bo'ladi, bu oqimni o'zgartirishga to'sqinlik qiladi. Ushbu kuchning kattaligi ikki omilga bog'liq: bobinning induktivligi va oqim kuchining vaqtga nisbatan hosilasi. Matematik jihatdan bu bog'liqlik tenglama orqali ifodalanadi:
-
E=-LI'(t), bu yerda
E - EMF qiymati, L - g' altakning induktivligi qiymati (har bir bobin uchun u har xil va unga bog'liq). o'rash bobinlarining soni va ularning qalinligi bo'yicha), I'(t) - vaqtga nisbatan oqim kuchining hosilasi (oqim kuchining o'zgarish tezligi).
To'g'ridan-to'g'ri oqim kuchi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi, shuning uchun unga ta'sir qilganda qarshilik bo'lmaydi.
Ammo o'zgaruvchan tok bilan uning barcha parametrlari doimiy ravishda sinusoidal yoki kosinus qonuniga muvofiq o'zgarib turadi,natijada bu o'zgarishlarni oldini oluvchi EMF paydo bo'ladi. Bunday qarshilik induktiv deb ataladi va quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
- XL =wL
Solenoiddagi oqim turli qonunlarga muvofiq chiziqli ravishda ortadi va kamayadi. Bu shuni anglatadiki, agar siz bobinga oqim ta'minotini to'xtatsangiz, u bir muncha vaqt kontaktlarning zanglashiga olib kirishda davom etadi. Va agar bir vaqtning o'zida oqim ta'minoti to'satdan to'xtatilsa, zaryadni taqsimlashga va bobindan chiqishga harakat qilishi sababli zarba paydo bo'ladi. Bu sanoat ishlab chiqarishida jiddiy muammo. Bunday ta'sir (to'liq tebranish davri bilan bog'liq bo'lmasa-da), masalan, vilkasini rozetkadan chiqarib olishda kuzatilishi mumkin. Shu bilan birga, uchqun sakrab chiqadi, bu esa bunday miqyosda odamga zarar etkaza olmaydi. Buning sababi shundaki, magnit maydon darhol yo'qolib qolmaydi, balki asta-sekin tarqalib, boshqa o'tkazgichlarda oqimlarni keltirib chiqaradi. Sanoat miqyosida oqim kuchi biz o'rganib qolgan 220 voltdan ko'p marta kattaroqdir, shuning uchun ishlab chiqarishda kontaktlarning zanglashiga olib kelganda, bunday quvvatning uchqunlari paydo bo'lishi mumkin, bu ham zavodga, ham odamga juda ko'p zarar etkazadi.
Bobin tebranish zanjiri nimadan iboratligining asosidir. Ketma-ket bo'lgan solenoidlarning induktivliklari qo'shiladi. Keyinchalik, ushbu element tuzilishining barcha nozik tomonlarini batafsil ko'rib chiqamiz.
Induktivlik nima?
Tebranish zanjiri g' altakning induktivligi - bu zanjirda paydo bo'ladigan elektromotor kuchga (voltlarda) son jihatdan teng bo'lgan individual ko'rsatkich.1 soniyada oqimning 1 A ga o'zgarishi. Agar solenoid doimiy oqim pallasiga ulangan bo'lsa, u holda uning induktivligi ushbu oqim tomonidan yaratilgan magnit maydonning energiyasini quyidagi formula bo'yicha tavsiflaydi:
-
W=(LI2)/2, bu yerda
W - magnit maydon energiyasi.
Indüktans koeffitsienti ko'plab omillarga bog'liq: solenoidning geometriyasiga, yadroning magnit xususiyatlariga va simning bobinlari soniga. Ushbu indikatorning yana bir xususiyati shundaki, u har doim ijobiy bo'ladi, chunki u bog'liq bo'lgan o'zgaruvchilar salbiy bo'lishi mumkin emas.
Induktivlikni magnit maydonda energiya saqlash uchun oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning xususiyati sifatida ham aniqlash mumkin. U Genrida o'lchanadi (amerikalik olim Jozef Genri nomi bilan atalgan).
Solenoidga qo'shimcha ravishda tebranish davri kondansatördan iborat bo'lib, bu haqda keyinroq muhokama qilinadi.
Elektr kondansatör
Tebranish zanjirining sig'imi elektr kondansatkichning sig'imi bilan aniqlanadi. Uning tashqi ko'rinishi haqida yuqorida yozilgan. Endi unda sodir bo'ladigan jarayonlar fizikasini tahlil qilaylik.
Kondensator plitalari o'tkazgichdan yasalganligi sababli ular orqali elektr toki o'tishi mumkin. Shu bilan birga, ikkita plastinka o'rtasida to'siq mavjud: dielektrik (bu havo, yog'och yoki yuqori qarshilikka ega boshqa material bo'lishi mumkin. Zaryad simning bir uchidan ikkinchisiga o'ta olmasligi sababli, u to'planadi. kondansatör plitalari. Bu uning atrofidagi magnit va elektr maydonlarining kuchini oshiradi.plitalar ustida to'plangan elektr zanjirga o'tkazila boshlaydi.
Har bir kondansatör uning ishlashi uchun optimal kuchlanish darajasiga ega. Agar ushbu element nominal kuchlanishdan yuqori kuchlanishda uzoq vaqt davomida ishlasa, uning ishlash muddati sezilarli darajada kamayadi. Tebranish davri kondansatkichlari doimo oqimlardan ta'sirlanadi, shuning uchun uni tanlashda siz juda ehtiyot bo'lishingiz kerak.
Muhokama qilingan odatiy kondensatorlardan tashqari, ionistorlar ham mavjud. Bu yanada murakkab element: uni akkumulyator va kondansatör o'rtasidagi xoch deb ta'riflash mumkin. Qoida tariqasida, organik moddalar ionistorda dielektrik bo'lib xizmat qiladi, ular orasida elektrolit mavjud. Ular birgalikda ikkita elektr qatlamini yaratadilar, bu sizga ushbu dizaynda an'anaviy kondensatorga qaraganda bir necha baravar ko'proq energiya to'plash imkonini beradi.
Kondensatorning sig'imi nima?
Kondensatorning sig'imi - bu kondansatör zaryadining u joylashgan kuchlanishga nisbati. Siz bu qiymatni matematik formuladan foydalanib juda oddiy hisoblashingiz mumkin:
-
C=(e0S)/d, bu yerda
e0 dielektrik materialning o’tkazuvchanligi (jadval qiymati), S - kondansatör plitalarining maydoni, d - plitalar orasidagi masofa.
Kondensator sig'imining plitalar orasidagi masofaga bog'liqligi elektrostatik induksiya hodisasi bilan izohlanadi: plitalar orasidagi masofa qanchalik kichik bo'lsa, ular bir-biriga shunchalik kuchli ta'sir qiladi (Kulon qonuni bo'yicha), plitalarning zaryadi kattaroq va kuchlanish past bo'ladi. Va kuchlanish pasaygandasig'im qiymati ortadi, chunki uni quyidagi formula bilan ham tavsiflash mumkin:
-
C=q/U, bu yerda
q - kulondagi zaryad.
Ushbu miqdor birliklari haqida gapirishga arziydi. Imkoniyatlar faradlarda o'lchanadi. 1 farad - mavjud kondensatorlar (lekin ionistorlar emas) pikofaradlarda (bir trillion farad) o'lchanadigan sig'imga ega bo'lishi uchun etarlicha katta qiymatdir.
Rezistor
Tebranish zanjiridagi oqim ham zanjirning qarshiligiga bog'liq. Va tebranish davrini (lasanlar, kondansatörler) tashkil etuvchi tavsiflangan ikkita elementga qo'shimcha ravishda uchinchisi ham mavjud - rezistor. U qarshilik ko'rsatish uchun javobgardir. Qarshilik boshqa elementlardan farq qiladi, chunki u katta qarshilikka ega, ba'zi modellarda o'zgarishi mumkin. Tebranish pallasida u magnit maydon quvvat regulyatori vazifasini bajaradi. Siz bir nechta rezistorlarni ketma-ket yoki parallel ravishda ulashingiz mumkin, bu bilan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshiligini oshirishingiz mumkin.
Ushbu elementning qarshiligi haroratga ham bog'liq, shuning uchun siz uning kontaktlarning zanglashiga olib ishlashiga ehtiyot bo'lishingiz kerak, chunki oqim o'tganda u qiziydi.
Rezistor qarshiligi Ohm bilan o'lchanadi va uning qiymatini formula yordamida hisoblash mumkin:
-
R=(pl)/S, bu yerda
p - rezistor materialining qarshiligi ((Ohmmm2)/m bilan o'lchanadi);
l - rezistor uzunligi (metrda);
S - kesim maydoni (kvadrat millimetrda).
Yoʻl parametrlarini qanday ulash mumkin?
Endi biz fizikaga yaqinlashdiktebranish davrining ishlashi. Vaqt o'tishi bilan kondansatör plitalaridagi zaryad ikkinchi tartibli differentsial tenglamaga muvofiq o'zgaradi.
Agar siz ushbu tenglamani yechsangiz, undan zanjirdagi jarayonlarni tavsiflovchi bir nechta qiziqarli formulalar kelib chiqadi. Masalan, siklik chastota sig‘im va induktivlik bilan ifodalanishi mumkin.
Biroq, koʻp nomaʼlum miqdorlarni hisoblash imkonini beruvchi eng oddiy formula Tomson formulasi (1853-yilda ingliz fizigi Uilyam Tomson nomi bilan atalgan):
-
T=2p(LC)1/2.
T - elektromagnit tebranishlar davri, L va C - mos ravishda, tebranish zanjiri g' altakning induktivligi va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elementlarning sig'imi, p - pi soni.
Q omil
Sxemaning ishlashini tavsiflovchi yana bir muhim qiymat mavjud - sifat omili. Bu nima ekanligini tushunish uchun rezonans kabi jarayonga murojaat qilish kerak. Bu tebranishni qo'llab-quvvatlovchi kuchning doimiy qiymati bilan amplituda maksimal bo'lgan hodisa. Rezonansni oddiy misol bilan tushuntirish mumkin: agar siz belanchakni uning chastotasi urishiga surishni boshlasangiz, u tezlashadi va uning "amplitudasi" ortadi. Va agar siz vaqtni chetga surib qo'ysangiz, ular sekinlashadi. Rezonansda ko'p energiya ko'pincha tarqaladi. Yo'qotishlar miqdorini hisoblash imkoniyatiga ega bo'lish uchun ular sifat omili kabi parametrni o'ylab topdilar. Bu nisbatga teng nisbatdirtizimdagi energiyani bitta siklda kontaktlarning zanglashiga olib keladigan yo'qotishlariga.
Sxemaning sifat koeffitsienti formula bilan hisoblanadi:
-
Q=(w0W)/P, bu yerda
w0 - rezonansli siklik tebranish chastotasi;
W - tebranish tizimida saqlanadigan energiya;
P - quvvat sarfi.
Bu parametr oʻlchovsiz qiymatdir, chunki u aslida energiyaning sarflangan va sarflangan nisbatini koʻrsatadi.
Ideal tebranish zanjiri nima
Ushbu tizimdagi jarayonlarni yaxshiroq tushunish uchun fiziklar ideal tebranish davri deb ataladigan sxemani o'ylab topishdi. Bu sxemani nol qarshilikka ega tizim sifatida ifodalovchi matematik model. U o'chirilgan garmonik tebranishlarni hosil qiladi. Bunday model kontur parametrlarini taxminiy hisoblash uchun formulalarni olish imkonini beradi. Ushbu parametrlardan biri umumiy energiya:
W=(LI2)/2.
Bunday soddalashtirishlar hisob-kitoblarni sezilarli darajada tezlashtiradi va berilgan koʻrsatkichlar bilan sxema xususiyatlarini baholash imkonini beradi.
Bu qanday ishlaydi?
Tebranish zanjirining butun tsiklini ikki qismga bo'lish mumkin. Endi biz har bir qismda sodir bo'layotgan jarayonlarni batafsil tahlil qilamiz.
- Birinchi bosqich: musbat zaryadlangan kondansatör plitasi kontaktlarning zanglashiga olib, zaryadsizlana boshlaydi. Hozirgi vaqtda oqim musbat zaryaddan manfiy zaryadga o'tadi va bobin orqali o'tadi. Natijada, zanjirda elektromagnit tebranishlar paydo bo'ladi. orqali o'tadigan oqimg' altakning ikkinchi plitasiga o'tadi va uni musbat zaryad qiladi (tok oqib chiqqan birinchi plastinka esa manfiy zaryadlangan).
- Ikkinchi bosqich: teskari jarayon sodir bo'ladi. Oqim musbat plastinkadan (bu eng boshida manfiy bo'lgan) salbiy tomonga o'tadi va yana bobin orqali o'tadi. Va barcha toʻlovlar oʻz joyiga tushadi.
Kondensatorda zaryad bor ekan, tsikl takrorlanadi. Ideal tebranish zanjirida bu jarayon cheksiz davom etadi, lekin realda turli omillar ta'sirida energiya yo'qotishlari muqarrar: kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshilik (Joule issiqlik) va shunga o'xshashlar tufayli yuzaga keladigan isitish.
Kontur dizayn imkoniyatlari
Oddiy "lasan-kondensator" va "lasan-rezistor-kondansatör" sxemalaridan tashqari, tebranish sxemasidan asos sifatida foydalanadigan boshqa variantlar ham mavjud. Bu, masalan, parallel sxema bo'lib, u elektr zanjirining elementi sifatida mavjudligi bilan farqlanadi (chunki, agar u alohida mavjud bo'lsa, u maqolada muhokama qilingan ketma-ket sxema bo'lar edi).
Har xil elektr komponentlarini o'z ichiga olgan boshqa turdagi dizaynlar ham mavjud. Misol uchun, tranzistorni tarmoqqa ulashingiz mumkin, u kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tebranish chastotasiga teng chastota bilan ochadi va yopadi. Shunday qilib, tizimda o'chirilgan tebranishlar o'rnatiladi.
Tebranish sxemasi qayerda ishlatiladi?
Sxema qismlarining eng tanish qoʻllanilishi elektromagnitlardir. Ular, o'z navbatida, interkomlarda, elektr motorlarda,datchiklar va boshqa ko'plab oddiy bo'lmagan sohalarda. Yana bir dastur - tebranish generatori. Darhaqiqat, sxemadan foydalanish bizga juda tanish: bu shaklda u mikroto'lqinli pechda to'lqinlarni yaratish uchun va mobil va radio aloqalarida ma'lumotni masofadan uzatish uchun ishlatiladi. Bularning barchasi elektromagnit to'lqinlarning tebranishlarini uzoq masofalarga ma'lumot uzatish imkoniga ega bo'ladigan tarzda kodlanishi bilan bog'liq.
Induktorning o'zi transformator elementi sifatida ishlatilishi mumkin: o'rashlari turlicha bo'lgan ikkita bobin elektromagnit maydon yordamida o'z zaryadini uzatishi mumkin. Ammo solenoidlarning xarakteristikalari boshqacha bo'lganligi sababli, bu ikki induktor ulangan ikkita kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim ko'rsatkichlari farq qiladi. Shunday qilib, masalan, 220 volt kuchlanishli tokni 12 volt kuchlanishli oqimga aylantirish mumkin.
Xulosa
Biz tebranish sxemasining ishlash printsipini va uning har bir qismini alohida-alohida batafsil tahlil qildik. Biz tebranish sxemasi elektromagnit to'lqinlarni yaratish uchun mo'ljallangan qurilma ekanligini bilib oldik. Biroq, bu oddiy ko'rinadigan elementlarning murakkab mexanikasining asoslari. Sxema va uning tarkibiy qismlari haqida batafsil ma'lumotni maxsus adabiyotlardan olishingiz mumkin.
