חֲדָשׁוֹת

כיצד פועלים משרנים

מאת: מרשל בריין

מַשׁרָן

שימוש גדול אחד במשרנים הוא לחבר אותם עם קבלים כדי ליצור מתנדים. HUNTSTOCK / GETTY IMAGES

משרן הוא פשוט כמו שרכיב אלקטרוני יכול להשיג - הוא פשוט סליל של חוט. עם זאת, מסתבר שסליל של חוט יכול לעשות כמה דברים מאוד מעניינים בגלל התכונות המגנטיות של סליל.

במאמר זה, נלמד הכל על משרנים ולמה הם משמשים.

תוֹכֶן

יסודות המשרן

הנריס

יישום משרן: חיישני רמזור

יסודות המשרן

בתרשים מעגל, משרן מוצג כך:

כדי להבין כיצד משרן יכול לעבוד במעגל, נתון זה מועיל:

מה שאתה רואה כאן הוא סוללה, נורה, סליל של חוט סביב פיסת ברזל (צהוב) ומתג. סליל החוט הוא משרן. אם קראת כיצד פועלים אלקטרומגנטים, ייתכן שתזהה שהמשרן הוא אלקטרומגנט.

אם היית מוציא את המשרן מהמעגל הזה, מה שהיה לך זה פנס רגיל. אתה סוגר את המתג והנורה נדלקת. עם המשרן במעגל כפי שמוצג, ההתנהגות שונה לחלוטין.

הנורה היא נגד (ההתנגדות יוצרת חום כדי לגרום לחוט הנימה שבנורה להאיר - ראה כיצד פועלות הנורות לפרטים). לחוט בסליל יש התנגדות נמוכה בהרבה (זה רק חוט), אז מה שהיית מצפה כשאתה מפעיל את המתג הוא שהנורה תאיר בעמום מאוד. רוב הזרם צריך ללכת בנתיב בעל ההתנגדות הנמוכה דרך הלולאה. מה שקורה במקום זה הוא שכאשר סוגרים את המתג, הנורה נשרפת בבהירות ואז מתעמעמת. כאשר אתה פותח את המתג, הנורה נשרפת בבהירות רבה ואז נכבית במהירות.

הסיבה להתנהגות המוזרה הזו היא המשרן. כאשר הזרם מתחיל לזרום לראשונה בסליל, הסליל רוצה לבנות שדה מגנטי. בזמן שהשדה נבנה, הסליל מעכב את זרימת הזרם. לאחר בניית השדה, זרם יכול לזרום כרגיל דרך החוט. כאשר המתג נפתח, השדה המגנטי סביב הסליל ממשיך לזרום בסליל עד שהשדה קורס. זרם זה שומר על הנורה דולקת למשך תקופה מסוימת למרות שהמתג פתוח. במילים אחרות, משרן יכול לאגור אנרגיה בשדה המגנטי שלו, ומשרן נוטה להתנגד לכל שינוי בכמות הזרם הזורם דרכו.

תחשוב על מים...

אחת הדרכים לדמיין את פעולתו של משרן היא לדמיין תעלה צרה עם מים זורמים דרכה וגלגל מים כבד שמשוטים שלו טובלים בתעלה. תארו לעצמכם שהמים בערוץ אינם זורמים בהתחלה.

עכשיו אתה מנסה להתחיל את המים לזרום. גלגל ההנעה ישאף למנוע מהמים לזרום עד שיגיעו למהירות עם המים. אם תנסה לאחר מכן לעצור את זרימת המים בערוץ, גלגל המים המסתובב ינסה לשמור על תנועת המים עד שמהירות סיבובם תאט בחזרה למהירות המים. משרן עושה את אותו הדבר עם זרימת אלקטרונים בחוט - משרן מתנגד לשינוי בזרימת האלקטרונים.

קרא עוד

הנריס

הקיבולת של משרן נשלטת על ידי ארבעה גורמים:

מספר הסלילים - יותר סלילים פירושו יותר השראות.

החומר שהסלילים עטופים סביבו (הליבה)

שטח החתך של הסליל - יותר שטח פירושו יותר השראות.

אורך הסליל - סליל קצר פירושו סלילים צרים יותר (או חופפים), מה שאומר יותר השראות.

הכנסת ברזל לליבה של משרן נותנת לו השראות הרבה יותר מאשר אוויר או כל ליבה לא מגנטית.

יחידת השראות הסטנדרטית היא הנרי. המשוואה לחישוב מספר הנרי במשרן היא:

H = (4 * Pi * #Turns * #Turns * שטח סליל * mu) / (אורך סליל * 10,000,000)

השטח והאורך של הסליל הם במטרים. המונח mu הוא חדירות הליבה. לאוויר יש חדירות של 1, בעוד לפלדה עשויה להיות חדירות של 2,000.

יישום משרן: חיישני רמזור

נניח שאתה לוקח סליל של חוט בקוטר של אולי 6 רגל (2 מטר), המכיל חמש או שש לולאות של חוט. אתה חותך כמה חריצים בכביש ומניח את הסליל בחריצים. מחברים מד השראות לסליל ורואים מהי השראות של הסליל.

עכשיו אתה מחנה מכונית מעל הסליל ובודק שוב את השראות. השראות תהיה הרבה יותר גדולה בגלל עצם הפלדה הגדול הממוקם בשדה המגנטי של הלולאה. המכונית שחונה מעל הסליל פועלת כמו הליבה של המשרן, ונוכחותה משנה את השראות הסליל. רוב חיישני הרמזור משתמשים בלולאה בצורה זו. החיישן בודק כל הזמן את השראות הלולאה בכביש, וכשההשראות עולה הוא יודע שיש מכונית שמחכה!

בדרך כלל אתה משתמש בסליל הרבה יותר קטן. שימוש גדול אחד במשרנים הוא לחבר אותם עם קבלים כדי ליצור מתנדים. ראה כיצד פועלים מתנדים לפרטים.