Saketi ya oscillatory ni kifaa kilichoundwa ili kuzalisha (kuunda) mizunguko ya sumakuumeme. Tangu kuanzishwa kwake hadi leo, imekuwa ikitumika katika nyanja nyingi za sayansi na teknolojia: kutoka kwa maisha ya kila siku hadi viwanda vikubwa vinavyozalisha aina mbalimbali za bidhaa.
Imetengenezwa na nini?
Saketi ya oscillatory ina koili na kapacita. Kwa kuongeza, inaweza pia kuwa na kupinga (kipengele kilicho na upinzani wa kutofautiana). Inductor (au solenoid, kama inaitwa wakati mwingine) ni fimbo ambayo safu kadhaa za vilima hujeruhiwa, ambayo, kama sheria, ni waya wa shaba. Ni kipengele hiki kinachojenga oscillations katika mzunguko wa oscillatory. Fimbo iliyo katikati mara nyingi huitwa choki au msingi, na koili wakati mwingine huitwa solenoid.
Koili ya saketi ya oscillatory huzunguka tu wakati kuna chaji iliyohifadhiwa. Mkondo wa umeme unapopita ndani yake, hujilimbikiza chaji, ambayo hutoa kwa saketi ikiwa voltage itashuka.
Nyezi za koili kwa kawaida huwa na ustahimilivu mdogo sana, ambao hubaki thabiti kila wakati. Katika mzunguko wa mzunguko wa oscillating, mabadiliko ya voltage na ya sasa hutokea mara nyingi sana. Mabadiliko haya yanategemea sheria fulani za hisabati:
-
U=U0cos(w(t-t0), ambapo
U ndio voltage ya sasa point in time t, U0 - voltage kwa wakati t0, w - frequency ya mzunguuko wa sumakuumeme.
Kipengele kingine muhimu cha saketi ni capacitor ya umeme. Hii ni kipengele kilicho na sahani mbili, ambazo zinatenganishwa na dielectric. Katika kesi hiyo, unene wa safu kati ya sahani ni chini ya ukubwa wao. Muundo huu hukuruhusu kukusanya chaji ya umeme kwenye dielectri, ambayo inaweza kuhamishiwa kwenye saketi.
Tofauti kati ya capacitor na betri ni kwamba hakuna mabadiliko ya dutu chini ya hatua ya mkondo wa umeme, lakini mkusanyiko wa moja kwa moja wa chaji katika uwanja wa umeme. Kwa hiyo, kwa msaada wa capacitor, inawezekana kukusanya malipo makubwa ya kutosha, ambayo yanaweza kutolewa mara moja. Katika hali hii, nguvu ya sasa katika mzunguko huongezeka sana.
Pia, mzunguko wa oscillatory una kipengele kimoja zaidi: kinzani. Kipengele hiki kina upinzani na kimeundwa kudhibiti sasa na voltage katika mzunguko. Ikiwa upinzani wa kupinga huongezeka kwa voltage ya mara kwa mara, basi nguvu za sasa zitapungua kulingana na sheriaOma:
-
I=U/R, ambapo
I ni sasa, U ni voltage, R ni upinzani.
Inductor
Hebu tuchunguze kwa karibu hila zote za kichochezi na tuelewe vyema kazi yake katika saketi ya oscillatory. Kama tulivyokwisha sema, upinzani wa kipengele hiki huelekea sifuri. Kwa hivyo, wakati wa kushikamana na mzunguko wa DC, mzunguko mfupi ungetokea. Hata hivyo, ikiwa unganisha coil kwenye mzunguko wa AC, inafanya kazi vizuri. Hii hukuruhusu kuhitimisha kuwa kipengele hutoa upinzani dhidi ya mkondo mbadala.
Lakini kwa nini hii inafanyika na upinzani hutokeaje kwa mkondo wa mkondo? Ili kujibu swali hili, tunahitaji kurejea kwa jambo kama vile kujiingiza. Wakati sasa inapita kupitia coil, nguvu ya electromotive (EMF) hutokea ndani yake, ambayo inajenga kikwazo kwa kubadilisha sasa. Ukubwa wa nguvu hii inategemea mambo mawili: inductance ya coil na derivative ya nguvu ya sasa kwa heshima na wakati. Kihisabati, utegemezi huu unaonyeshwa kupitia mlinganyo:
-
E=-LI'(t), ambapo
E ni thamani ya EMF, L ni thamani ya inductance ya coil (kwa kila coil ni tofauti na inategemea juu ya idadi ya mizunguko ya vilima na unene wao), I'(t) - derivative ya nguvu ya sasa kwa heshima na wakati (kiwango cha mabadiliko ya nguvu ya sasa).
Nguvu ya sasa ya moja kwa moja haibadiliki kwa wakati, kwa hivyo hakuna upinzani unapoikabili.
Lakini kwa mkondo wa kubadilisha, vigezo vyake vyote vinabadilika kila wakati kulingana na sheria ya sinusoidal au cosine,matokeo yake, EMF inatokea ambayo inazuia mabadiliko haya. Upinzani kama huo huitwa kufata neno na hukokotwa kwa fomula:
- XL =wL
Mkondo wa maji katika solenoid kimstari huongezeka na kupungua kulingana na sheria mbalimbali. Hii ina maana kwamba ikiwa unasimamisha ugavi wa sasa kwa coil, itaendelea kutoa malipo kwa mzunguko kwa muda fulani. Na ikiwa wakati huo huo ugavi wa sasa umeingiliwa kwa ghafla, basi mshtuko utatokea kutokana na ukweli kwamba malipo yatajaribu kusambazwa na kuondoka kwenye coil. Hili ni tatizo kubwa katika uzalishaji viwandani. Athari kama hiyo (ingawa haihusiani kabisa na mzunguko wa oscillatory) inaweza kuzingatiwa, kwa mfano, wakati wa kuvuta kuziba nje ya tundu. Wakati huo huo, cheche inaruka, ambayo kwa kiwango kama hicho haiwezi kumdhuru mtu. Ni kutokana na ukweli kwamba shamba la magnetic haina kutoweka mara moja, lakini hatua kwa hatua hupunguza, inducing mikondo katika conductors nyingine. Kwa kiwango cha viwanda, nguvu ya sasa ni mara nyingi zaidi kuliko volts 220 tunazotumiwa, hivyo wakati mzunguko unaingiliwa katika uzalishaji, cheche za nguvu hizo zinaweza kutokea ambazo husababisha madhara mengi kwa mmea na mtu.
Koili ndio msingi wa saketi ya oscillatory inajumuisha. Inductances ya solenoids katika mfululizo huongeza. Ifuatayo, tutaangalia kwa karibu hila zote za muundo wa kipengele hiki.
Uingizaji maji ni nini?
Mwiko wa koili ya saketi ya oscillatory ni kiashirio cha mtu binafsi kwa nambari sawa na nguvu ya kielektroniki (katika volti) ambayo hutokea katika saketi wakati.mabadiliko ya sasa kwa 1 A katika sekunde 1. Ikiwa solenoid imeunganishwa na mzunguko wa DC, basi inductance yake inaelezea nishati ya shamba la magnetic ambalo linaundwa na sasa hii kulingana na formula:
-
W=(LI2)/2, ambapo
W ni nishati ya uga sumaku.
Kipengele cha inductance inategemea mambo mengi: kwenye jiometri ya solenoid, juu ya sifa za sumaku za msingi na idadi ya mizinga ya waya. Sifa nyingine ya kiashirio hiki ni kwamba ni chanya kila wakati, kwa sababu vigeu vinavyotegemea haviwezi kuwa hasi.
Uingizaji hewa pia unaweza kufafanuliwa kama sifa ya kondakta inayobeba sasa ili kuhifadhi nishati katika uga wa sumaku. Inapimwa kwa Henry (aliyepewa jina la mwanasayansi wa Marekani Joseph Henry).
Mbali na solenoid, mzunguko wa oscillatory una capacitor, ambayo itajadiliwa baadaye.
Capacitor ya Umeme
Uwezo wa mzunguko wa oscillatory hutambuliwa na uwezo wa capacitor ya umeme. Kuhusu sura yake iliandikwa hapo juu. Sasa hebu tuchambue fizikia ya michakato inayofanyika ndani yake.
Kwa kuwa bati za capacitor zimeundwa na kondakta, mkondo wa umeme unaweza kutiririka ndani yake. Hata hivyo, kuna kikwazo kati ya sahani mbili: dielectric (inaweza kuwa hewa, mbao au nyenzo nyingine na upinzani wa juu. Kutokana na ukweli kwamba malipo hayawezi kusonga kutoka mwisho mmoja wa waya hadi nyingine, hujilimbikiza kwenye sahani za capacitor Hii huongeza nguvu ya uga wa sumaku na umeme unaoizunguka.umeme uliokusanywa kwenye sahani huanza kuhamishiwa kwenye mzunguko.
Kila capacita ina ukadiriaji wa volteji ambayo ni bora zaidi kwa uendeshaji wake. Ikiwa kipengele hiki kinatumika kwa muda mrefu kwa voltage juu ya voltage iliyopimwa, maisha yake ya huduma yanapungua kwa kiasi kikubwa. Capacitor ya mzunguko wa oscillatory huathiriwa kila wakati na mikondo, na kwa hivyo, wakati wa kuichagua, unapaswa kuwa mwangalifu sana.
Mbali na vidhibiti vya kawaida vilivyojadiliwa, pia kuna viioni. Hii ni kipengele ngumu zaidi: inaweza kuelezewa kama msalaba kati ya betri na capacitor. Kama sheria, vitu vya kikaboni hutumika kama dielectri katika ionistor, kati ya ambayo kuna electrolyte. Kwa pamoja huunda safu mbili za umeme, ambayo hukuruhusu kujilimbikiza katika muundo huu nishati mara nyingi zaidi kuliko katika capacitor ya kawaida.
Capacitance ya capacitor ni nini?
Capacitance ya capacitor ni uwiano wa chaji ya capacitor na voltage ambayo iko chini yake. Unaweza kukokotoa thamani hii kwa urahisi sana kwa kutumia fomula ya hisabati:
-
C=(e0S)/d, ambapo
e0 ni kibali cha nyenzo ya dielectric (thamani ya jedwali), S - eneo la bati za capacitor, d - umbali kati ya bamba.
Utegemezi wa uwezo wa capacitor kwenye umbali kati ya sahani hufafanuliwa na jambo la introduktionsutbildning ya umemetuamo: umbali mdogo kati ya sahani, nguvu wao huathiri kila mmoja (kulingana na sheria ya Coulomb), malipo makubwa ya sahani na chini ya voltage. Na kama voltage inapunguathamani ya uwezo huongezeka, kwani inaweza pia kuelezewa kwa fomula ifuatayo:
-
C=q/U, ambapo
q ni malipo katika coulombs.
Inafaa kuzungumzia vitengo vya kiasi hiki. Uwezo hupimwa katika faradi. farad 1 ni thamani kubwa ya kutosha ambayo vipashio vilivyopo (lakini si ionistors) vina uwezo unaopimwa katika picofaradi (trilioni moja ya farad).
Kipinga
Mkondo wa sasa katika saketi ya oscillatory pia inategemea ukinzani wa saketi. Na pamoja na vipengele viwili vilivyoelezwa vinavyotengeneza mzunguko wa oscillatory (coils, capacitors), pia kuna moja ya tatu - kupinga. Anawajibika kuunda upinzani. Upinzani hutofautiana na vipengele vingine kwa kuwa ina upinzani mkubwa, ambayo inaweza kubadilishwa katika baadhi ya mifano. Katika mzunguko wa oscillatory, hufanya kazi ya mdhibiti wa nguvu ya shamba la magnetic. Unaweza kuunganisha vipinga kadhaa kwa mfululizo au kwa sambamba, na hivyo kuongeza upinzani wa mzunguko.
Upinzani wa kipengele hiki pia hutegemea halijoto, kwa hivyo unapaswa kuwa mwangalifu kuhusu utendakazi wake katika saketi, kwani huwaka wakati mkondo wa maji unapita.
Upinzani wa kupinga hupimwa kwa Ohms, na thamani yake inaweza kuhesabiwa kwa kutumia fomula:
-
R=(pl)/S, ambapo
p ni upinzani wa nyenzo ya kupinga (inayopimwa kwa (Ohmmm2)/m);
l - urefu wa kupinga (katika mita);
S - eneo la sehemu (katika milimita za mraba).
Jinsi ya kuunganisha vigezo vya njia?
Sasa tunakaribia fizikiauendeshaji wa mzunguko wa oscillatory. Baada ya muda, chaji kwenye bati za capacitor hubadilika kulingana na mlinganyo wa tofauti wa mpangilio wa pili.
Ukitatua mlingano huu, fomula kadhaa za kuvutia hufuata kutoka humo, zinazoelezea michakato inayofanyika katika sakiti. Kwa mfano, mzunguko wa mzunguko unaweza kuonyeshwa kulingana na uwezo na uingizaji.
Hata hivyo, fomula rahisi zaidi inayokuruhusu kukokotoa idadi nyingi isiyojulikana ni fomula ya Thomson (iliyopewa jina la mwanafizikia wa Kiingereza William Thomson, ambaye aliipata mnamo 1853):
-
T=2p(LC)1/2.
T - kipindi cha mzunguuko wa sumakuumeme, L na C - kwa mtiririko huo, inductance ya coil ya mzunguko wa oscillatory na capacitance ya vipengele vya mzunguko, p - nambari pi.
Q factor
Kuna thamani nyingine muhimu inayobainisha utendakazi wa saketi - kipengele cha ubora. Ili kuelewa ni nini, mtu anapaswa kurejea kwa mchakato kama vile resonance. Hili ni jambo ambalo amplitude inakuwa ya juu na thamani ya mara kwa mara ya nguvu inayounga mkono oscillation hii. Resonance inaweza kuelezewa kwa mfano rahisi: ikiwa unapoanza kusukuma swing kwa kupigwa kwa mzunguko wake, basi itaharakisha, na "amplitude" yake itaongezeka. Na ikiwa unasukuma nje ya muda, watapungua. Katika resonance, nishati nyingi mara nyingi hutolewa. Ili kuweza kuhesabu ukubwa wa hasara, walikuja na parameta kama sababu ya ubora. Ni uwiano sawa na uwianonishati katika mfumo kwa hasara zinazotokea katika mzunguko katika mzunguko mmoja.
Kigezo cha ubora wa saketi huhesabiwa kwa fomula:
-
Q=(w0W)/P, ambapo
w0 - masafa ya mzunguko wa resonant cyclic oscillation;
W - nishati iliyohifadhiwa katika mfumo wa oscillatory;
P - upotezaji wa nishati.
Kigezo hiki ni thamani isiyo na kipimo, kwani kinaonyesha uwiano wa nishati: iliyohifadhiwa hadi iliyotumika.
Saketi bora ya oscillatory ni ipi
Kwa ufahamu bora wa michakato katika mfumo huu, wanafizikia walikuja na kinachojulikana kama sakiti bora ya oscillatory. Huu ni mfano wa hisabati ambao unawakilisha mzunguko kama mfumo wenye upinzani wa sifuri. Inazalisha oscillations ya harmonic isiyopunguzwa. Mfano kama huo hufanya iwezekanavyo kupata fomula za hesabu takriban ya vigezo vya contour. Moja ya vigezo hivi ni jumla ya nishati:
W=(LI2)/2.
Urahisishaji kama huu huongeza kasi ya hesabu na kuwezesha kutathmini sifa za saketi iliyo na viashirio vilivyotolewa.
Inafanyaje kazi?
Mzunguko mzima wa saketi ya oscillatory inaweza kugawanywa katika sehemu mbili. Sasa tutachambua kwa kina michakato inayotokea katika kila sehemu.
- Awamu ya kwanza: Sahani ya capacitor iliyo na chaji chaji huanza kutoweka, na kutoa mkondo kwa saketi. Kwa wakati huu, sasa huenda kutoka kwa malipo mazuri hadi kwa hasi, kupitia coil. Matokeo yake, oscillations ya umeme hutokea katika mzunguko. sasa kupitacoil, huenda kwenye sahani ya pili na kuichaji vyema (lakini sahani ya kwanza, ambayo mkondo wa maji ulitoka, huchajiwa vibaya).
- Awamu ya pili: mchakato wa kurudi nyuma unafanyika. Ya sasa hupita kutoka kwa sahani nzuri (ambayo ilikuwa hasi mwanzoni) hadi hasi, ikipita tena kupitia coil. Na gharama zote zitatumika.
Mzunguko unajirudia mradi tu kuna chaji kwenye capacitor. Katika mzunguko bora wa oscillatory, mchakato huu unaendelea bila mwisho, lakini kwa kweli, hasara za nishati haziepukiki kutokana na sababu mbalimbali: inapokanzwa, ambayo hutokea kutokana na kuwepo kwa upinzani katika mzunguko (joto la Joule), na kadhalika.
Chaguo za muundo wa kontua
Kando na mizunguko rahisi ya "coil-capacitor" na "coil-resistor-capacitor", kuna chaguo zingine zinazotumia saketi ya oscillatory kama msingi. Hii, kwa mfano, ni mzunguko sambamba, ambayo inatofautiana kwa kuwa ipo kama kipengele cha mzunguko wa umeme (kwa sababu, ikiwa ilikuwepo tofauti, ingekuwa mzunguko wa mfululizo, ambao ulijadiliwa katika makala).
Pia kuna aina nyingine za miundo inayojumuisha viambajengo tofauti vya umeme. Kwa mfano, unaweza kuunganisha transistor kwenye mtandao, ambayo itafungua na kufunga mzunguko na mzunguko sawa na mzunguko wa oscillation katika mzunguko. Kwa hivyo, oscillations zisizopunguzwa zitaanzishwa kwenye mfumo.
Saketi ya oscillatory inatumika wapi?
Utumiaji unaofahamika zaidi wa vijenzi vya saketi ni sumaku-umeme. Wao, kwa upande wake, hutumiwa katika intercoms, motors za umeme,sensorer na katika maeneo mengine mengi sio ya kawaida. Programu nyingine ni jenereta ya oscillation. Kwa kweli, matumizi haya ya mzunguko yanajulikana sana kwetu: katika fomu hii hutumiwa katika microwave kuunda mawimbi na katika mawasiliano ya simu na redio ili kusambaza habari kwa mbali. Yote hii ni kutokana na ukweli kwamba mizunguko ya mawimbi ya sumakuumeme inaweza kusimba kwa njia ambayo inakuwa rahisi kusambaza habari kwa umbali mrefu.
Kiindukta chenyewe kinaweza kutumika kama kipengele cha kibadilishaji: koili mbili zilizo na idadi tofauti ya vilima zinaweza kuhamisha chaji kwa kutumia sehemu ya sumakuumeme. Lakini kwa kuwa sifa za solenoids ni tofauti, viashiria vya sasa katika nyaya mbili ambazo inductors hizi mbili zimeunganishwa zitatofautiana. Kwa hivyo, inawezekana kubadilisha sasa na voltage ya, sema, volts 220 ndani ya sasa na voltage ya volts 12.
Hitimisho
Tumechanganua kwa kina kanuni ya utendakazi wa saketi ya oscillatory na kila sehemu yake kando. Tulijifunza kwamba mzunguko wa oscillatory ni kifaa kilichoundwa ili kuunda mawimbi ya umeme. Hata hivyo, haya ni misingi tu ya mechanics tata ya vipengele hivi vinavyoonekana rahisi. Unaweza kujifunza zaidi kuhusu ugumu wa sakiti na vijenzi vyake kutoka kwa fasihi maalumu.
