חֲדָשׁוֹת

מה קורה כששמים משרנים וקבלים במעגל? משהו מגניב - וזה בעצם חשוב.
אתה יכול לעשות הרבה סוגים שונים של משרנים, אבל הסוג הנפוץ ביותר הוא סליל גלילי-סולנואיד.
כאשר הזרם עובר דרך הלולאה הראשונה, הוא יוצר שדה מגנטי שעובר דרך הלולאות האחרות. אלא אם כן המשרעת משתנה, לשדה המגנטי לא תהיה השפעה כלשהי. השדה המגנטי המשתנה יוצר שדות חשמליים במעגלים אחרים. הכיוון מהשדה החשמלי הזה מייצר שינוי בפוטנציאל החשמלי כמו סוללה.
לבסוף, יש לנו מכשיר עם הפרש פוטנציאל פרופורציונלי לקצב השינוי של הזרם (מכיוון שהזרם יוצר שדה מגנטי). ניתן לכתוב זאת כך:
יש להצביע על שני דברים במשוואה זו. ראשית, L היא השראות. זה תלוי רק בגיאומטריה של הסולנואיד (או כל צורה שיש לך), והערך שלו נמדד בצורה של הנרי. שנית, יש מינוס סימן. זה אומר שהשינוי בפוטנציאל על פני המשרן מנוגד לשינוי בזרם.
איך מתנהגת השראות במעגל? אם יש לך זרם קבוע, אז אין שינוי (זרם ישר), אז אין הבדל פוטנציאל על פני המשרן-זה מתנהג כאילו הוא אפילו לא קיים. אם יש זרם בתדר גבוה (מעגל AC), יהיה הבדל פוטנציאל גדול על פני המשרן.
באופן דומה, ישנן תצורות רבות ושונות של קבלים. הצורה הפשוטה ביותר משתמשת בשני לוחות מוליכים מקבילים, כל אחד עם מטען (אך המטען נטו הוא אפס).
המטען על הלוחות הללו יוצר שדה חשמלי בתוך הקבל.בגלל השדה החשמלי, הפוטנציאל החשמלי בין הלוחות חייב להשתנות גם הוא. הערך של הפרש פוטנציאל זה תלוי בכמות המטען.הפרש הפוטנציאל על פני הקבל יכול להיות כתוב כ:
כאן C הוא ערך הקיבול ב-farads-זה גם תלוי רק בתצורה הפיזית של המכשיר.
אם זרם נכנס לקבל, ערך המטען על הלוח ישתנה. אם יש זרם קבוע (או בתדר נמוך), הזרם ימשיך להוסיף מטען ללוחות כדי להגדיל את הפוטנציאל, כך שעם הזמן, הפוטנציאל בסופו של דבר תהיה כמו מעגל פתוח, ומתח הקבל יהיה שווה למתח הסוללה (או ספק כוח). אם יש לך זרם בתדר גבוה, המטען יתווסף ויוסר מהלוחות בקבל, וללא טעינה הצטברות, הקבל יתנהג כאילו הוא אפילו לא קיים.
נניח שנתחיל עם קבל טעון ונחבר אותו למשרן (אין התנגדות במעגל כי אני משתמש בחוטים פיזיים מושלמים). תחשוב על הרגע שבו השניים מחוברים. בהנחה שיש מתג אז אני יכול לצייר התרשים הבא.
זה מה שקורה. ראשית, אין זרם (כי המתג פתוח). ברגע שהמתג נסגר, יהיה זרם, ללא התנגדות, הזרם הזה יקפוץ לאינסוף. עם זאת, הגידול הגדול הזה בזרם אומר הפוטנציאל שנוצר על פני המשרן ישתנה.בשלב מסוים, השינוי הפוטנציאלי על פני המשרן יהיה גדול מהשינוי על פני הקבל (מכיוון שהקבל מאבד מטען כשהזרם זורם), ואז הזרם יתהפך ויטעין את הקבל .תהליך זה ימשיך לחזור - כי אין התנגדות.
זה נקרא מעגל LC כי יש לו משרן (L) וקבל (C) - אני חושב שזה ברור. השינוי הפוטנציאלי סביב המעגל כולו חייב להיות אפס (כי זה מחזור) כדי שאוכל לכתוב:
גם Q וגם I משתנים עם הזמן. יש קשר בין Q ל-I כי הזרם הוא קצב הזמן של שינוי המטען שיוצא מהקבל.
עכשיו יש לי משוואה דיפרנציאלית מסדר שני של משתנה מטען. זו לא משוואה שקשה לפתור - למעשה, אני יכול לנחש פתרון.
זה כמעט זהה לפתרון המסה על הקפיץ (למעט במקרה זה, המיקום משתנה, לא המטען). אבל רגע! אנחנו לא צריכים לנחש את הפתרון, אתה יכול גם להשתמש בחישובים מספריים כדי לפתור את הבעיה הזו. תן לי להתחיל עם הערכים הבאים:
כדי לפתור בעיה זו מבחינה מספרית, אחלק את הבעיה לצעדי זמן קטנים. בכל שלב זמן, אעשה:
אני חושב שזה די מגניב. אפילו טוב יותר, אתה יכול למדוד את תקופת התנודה של המעגל (השתמש בעכבר כדי לרחף ולמצוא את ערך הזמן), ולאחר מכן להשתמש בשיטה הבאה כדי להשוות אותו עם התדר הזוויתי הצפוי:
כמובן, אתה יכול לשנות חלק מהתוכן בתוכנית ולראות מה קורה - קדימה, אתה לא תהרוס שום דבר לצמיתות.
המודל הנ"ל אינו מציאותי. למעגלים אמיתיים (במיוחד חוטים ארוכים במשרנים) יש התנגדות. אם הייתי רוצה לכלול את הנגד הזה במודל שלי, המעגל היה נראה כך:
זה ישנה את משוואת לולאת המתח. כעת יהיה גם מונח לירידה בפוטנציאל על פני הנגד.
אני יכול שוב להשתמש בחיבור בין מטען לזרם כדי לקבל את המשוואה הדיפרנציאלית הבאה:
לאחר הוספת נגד, זה יהפוך למשוואה קשה יותר, ואנחנו לא יכולים פשוט "לנחש" פתרון. עם זאת, זה לא אמור להיות קשה מדי לשנות את החישוב המספרי לעיל כדי לפתור בעיה זו. למעשה, השינוי היחיד הוא הקו שמחשב את הנגזרת השנייה של המטען. הוספתי שם מונח כדי להסביר התנגדות (אך לא מסדר ראשון). באמצעות נגד 3 אוהם, אני מקבל את התוצאה הבאה (לחץ שוב על כפתור ההפעלה כדי להפעיל אותו).
כן, אתה יכול גם לשנות את הערכים של C ו-L, אבל היזהר. אם הם נמוכים מדי, התדירות תהיה גבוהה מאוד ואתה צריך לשנות את גודל שלב הזמן לערך קטן יותר.
כאשר אתה יוצר מודל (באמצעות ניתוח או שיטות מספריות), אתה לפעמים לא באמת יודע אם הוא חוקי או מזויף לחלוטין. דרך אחת לבדוק את המודל היא להשוות אותו עם נתונים אמיתיים. בוא נעשה את זה. זה שלי סְבִיבָה.
כך זה עובד. ראשית, השתמשתי בשלוש סוללות מסוג D כדי לטעון את הקבלים. אני יכול לדעת מתי הקבל נטען כמעט במלואו על ידי הסתכלות על המתח על פני הקבל. לאחר מכן, נתק את הסוללה ולאחר מכן סגור את המתג ל לפרוק את הקבל דרך המשרן. הנגד הוא רק חלק מהחוט-אין לי נגד נפרד.
ניסיתי כמה שילובים שונים של קבלים ומשרנים, ולבסוף קיבלתי קצת עבודה. במקרה זה, השתמשתי בקבל 5 μF ושנאי ישן שנראה רע בתור המשרן שלי (לא מוצג למעלה). אני לא בטוח לגבי הערך של את השראות, אז אני פשוט מעריך את תדר הפינה ומשתמש בערך הקיבול הידוע שלי כדי לפתור את השראות של 13.6 של הנרי. בשביל ההתנגדות, ניסיתי למדוד את הערך הזה עם אוהםמטר, אבל השימוש בערך של 715 אוהם במודל שלי נראה עובד טוֹב בִּיוֹתֵר.
זהו גרף של המודל המספרי שלי ושל המתח הנמדד במעגל בפועל (השתמשתי בבדיקת מתח דיפרנציאלית של ורנייה כדי לקבל את המתח כפונקציה של זמן).
זה לא התאמה מושלמת - אבל זה מספיק קרוב בשבילי. ברור שאני יכול להתאים קצת את הפרמטרים כדי לקבל התאמה טובה יותר, אבל אני חושב שזה מראה שהדגם שלי לא משוגע.
התכונה העיקרית של מעגל LRC זה היא שיש לו כמה תדרים טבעיים שתלויים בערכי L ו-C. נניח שעשיתי משהו שונה. מה אם אני מחבר מקור מתח מתנודד למעגל LRC זה? במקרה זה, הזרם המקסימלי במעגל תלוי בתדירות מקור המתח המתנודד. כאשר התדר של מקור המתח ומעגל LC זהים, תקבל את הזרם המרבי.
צינור עם רדיד אלומיניום הוא קבל, וצינור עם חוט הוא משרן. יחד עם (דיודה ואפרכסת) אלה מהווים רדיו קריסטל. כן, הרכבתי אותו עם כמה חומרים פשוטים (פעלתי לפי ההוראות ב-YouTube זה וידאו). הרעיון הבסיסי הוא להתאים את ערכי הקבלים והמשרנים כדי "לכוון" לתחנת רדיו ספציפית. אני לא מצליח לגרום לזה לעבוד כמו שצריך - אני לא חושב שיש תחנות רדיו טובות בסביבה (או שהמשרן שלי שבור). עם זאת, גיליתי שערכת רדיו קריסטל הישנה הזו עובדת טוב יותר.
מצאתי תחנה שאני בקושי שומע, אז אני חושב שהרדיו שלי מתוצרת עצמית אולי לא מספיק טוב כדי לקבל תחנה. אבל איך בדיוק עובד מעגל התהודה הזה של RLC, ואיך משיגים ממנו את אות האודיו? אולי אני אשמור את זה בפוסט עתידי.
© 2021 Condé Nast.כל הזכויות שמורות. על ידי שימוש באתר זה, אתה מקבל את הסכם המשתמש ומדיניות הפרטיות והצהרת העוגיות שלנו, כמו גם את זכויות הפרטיות שלך בקליפורניה. כחלק משותפות השותפים שלנו עם קמעונאים, Wired עשויה לקבל חלק מה- מכירות ממוצרים שנרכשו דרך האתר שלנו. ללא אישור מראש ובכתב של Condé Nast, אין להעתיק, להפיץ, להעביר, לאחסן במטמון את החומרים באתר זה. בחירת מודעה