noticias

Que pasa cando colocas indutores e capacitores no circuíto? Algo xenial, e en realidade é importante.
Podes facer moitos tipos diferentes de indutores, pero o tipo máis común é unha bobina cilíndrica, un solenoide.
Cando a corrente pasa polo primeiro bucle, xera un campo magnético que pasa polos outros bucles. A menos que cambie a amplitude, o campo magnético non terá ningún efecto. O campo magnético cambiante xera campos eléctricos noutros circuítos. A dirección deste campo eléctrico produce un cambio no potencial eléctrico como unha batería.
Por último, temos un dispositivo cunha diferenza de potencial proporcional á taxa de cambio temporal da corrente (porque a corrente xera un campo magnético). Isto pódese escribir como:
Hai dúas cousas que sinalar nesta ecuación. En primeiro lugar, L é a inductancia. Só depende da xeometría do solenoide (ou da forma que teñas), e o seu valor mídese na forma de Henry. En segundo lugar, hai un menos. signo.Isto significa que o cambio de potencial a través do indutor é oposto ao cambio de corrente.
Como se comporta a inductancia no circuíto? Se tes unha corrente constante, non hai ningún cambio (corrente continua), polo que non hai diferenza de potencial entre o indutor, actúa como se nin sequera existise. unha corrente de alta frecuencia (circuíto de CA), haberá unha gran diferenza de potencial a través do indutor.
Así mesmo, hai moitas configuracións diferentes de capacitores. A forma máis simple usa dúas placas condutoras paralelas, cada unha cunha carga (pero a carga neta é cero).
A carga destas placas crea un campo eléctrico dentro do capacitor. Debido ao campo eléctrico, o potencial eléctrico entre as placas tamén debe cambiar. O valor desta diferenza de potencial depende da cantidade de carga. A diferenza de potencial entre o capacitor pode ser escrito como:
Aquí C é o valor da capacitancia en faradios; tamén depende só da configuración física do dispositivo.
Se a corrente entra no capacitor, o valor de carga no taboleiro cambiará. Se hai unha corrente constante (ou baixa frecuencia), a corrente continuará engadindo carga ás placas para aumentar o potencial, polo que co paso do tempo, o potencial acabará. ser como un circuíto aberto, e a tensión do capacitor será igual á tensión da batería (ou fonte de alimentación).Se tes unha corrente de alta frecuencia, a carga engadirase e quitarase das placas do capacitor e sen carga. acumulación, o capacitor comportarase coma se nin sequera existise.
Supoñamos que comezamos cun capacitor cargado e o conectamos a un indutor (non hai resistencia no circuíto porque estou usando fíos físicos perfectos). o seguinte diagrama.
Isto é o que está a suceder. En primeiro lugar, non hai corrente (porque o interruptor está aberto). Unha vez pechado o interruptor, haberá corrente, sen resistencia, esta corrente saltará ao infinito. Non obstante, este gran aumento da corrente significa que o potencial xerado a través do indutor cambiará. Nalgún momento, o cambio de potencial a través do indutor será maior que o cambio a través do capacitor (porque o capacitor perde carga a medida que flúe a corrente), e entón a corrente reverterá e recargará o capacitor. .Este proceso seguirá repetindo-porque non hai resistencia.
Chámase circuíto LC porque ten un indutor (L) e un capacitor (C). Creo que isto é obvio. O cambio de potencial en todo o circuíto debe ser cero (porque é un ciclo) para poder escribir:
Tanto Q como I están cambiando co paso do tempo. Hai unha conexión entre Q e I porque a corrente é a taxa de cambio temporal de carga que sae do capacitor.
Agora teño unha ecuación diferencial de segunda orde de variable de carga. Esta non é unha ecuación difícil de resolver; de feito, podo adiviñar unha solución.
Esta é case a mesma que a solución para a masa no resorte (excepto neste caso, a posición cambia, non a carga). Pero espera! Non temos que adiviñar a solución, tamén podes usar cálculos numéricos para resolver este problema.Permíteme comezar cos seguintes valores:
Para resolver este problema numericamente, dividirei o problema en pequenos pasos de tempo. En cada paso de tempo, vou:
Creo que isto é bastante xenial. Aínda mellor, pode medir o período de oscilación do circuíto (utiliza o rato para pasar o rato e atopar o valor do tempo) e despois usa o seguinte método para comparalo coa frecuencia angular esperada:
Por suposto, podes cambiar parte do contido do programa e ver o que pasa; adiante, non destruiras nada permanentemente.
O modelo anterior non é realista. Os circuítos reais (especialmente os fíos longos nos indutores) teñen resistencia. Se quixese incluír esta resistencia no meu modelo, o circuíto quedaría así:
Isto cambiará a ecuación do bucle de tensión. Agora tamén haberá un termo para a caída de potencial a través da resistencia.
Podo usar de novo a conexión entre carga e corrente para obter a seguinte ecuación diferencial:
Despois de engadir unha resistencia, esta converterase nunha ecuación máis difícil e non podemos simplemente "adiviñar" unha solución. Non obstante, non debería ser demasiado difícil modificar o cálculo numérico anterior para resolver este problema. De feito, o único cambio é a liña que calcula a segunda derivada da carga. Engadín un termo alí para explicar a resistencia (pero non de primeira orde). Usando unha resistencia de 3 ohmios, obteño o seguinte resultado (prema o botón de reprodución de novo para executalo).
Si, tamén pode cambiar os valores de C e L, pero teña coidado. Se son demasiado baixos, a frecuencia será moi alta e cómpre cambiar o tamaño do paso de tempo a un valor máis pequeno.
Cando creas un modelo (mediante análise ou métodos numéricos), ás veces non sabes realmente se é legal ou completamente falso. Unha forma de probar o modelo é comparalo con datos reais. Permítenos facelo. Este é o meu configuración.
Así é como funciona. En primeiro lugar, usei tres baterías de tipo D para cargar os capacitores. Podo dicir cando o capacitor está case completamente cargado observando a tensión entre o capacitor. A continuación, desconecte a batería e pecha o interruptor para descarga o capacitor a través do indutor. A resistencia é só parte do fío. Non teño unha resistencia separada.
Probei varias combinacións diferentes de capacitores e indutores, e finalmente conseguín algo de traballo. Neste caso, usei un capacitor de 5 μF e un transformador antigo de mal aspecto como indutor (non se mostra arriba). Non estou seguro do valor de a inductancia, polo que só estimo a frecuencia da esquina e uso o meu valor de capacitancia coñecido para resolver a inductancia de Henry 13,6. Para a resistencia, tentei medir este valor cun ohmímetro, pero usando un valor de 715 ohmios no meu modelo parecía funcionar. mellor.
Este é un gráfico do meu modelo numérico e da tensión medida no circuíto real (utilicei unha sonda de tensión diferencial Vernier para obter a tensión en función do tempo).
Non é un axuste perfecto, pero está o suficientemente preto para min. Obviamente, podo axustar un pouco os parámetros para conseguir un mellor axuste, pero creo que isto demostra que o meu modelo non está tolo.
A principal característica deste circuíto LRC é que ten algunhas frecuencias naturais que dependen dos valores de L e C. Supoñamos que fixen algo diferente. E se conecto unha fonte de tensión oscilante a este circuíto LRC? Neste caso, o A corrente máxima no circuíto depende da frecuencia da fonte de tensión oscilante. Cando a frecuencia da fonte de tensión e do circuíto LC sexan a mesma, obterás a corrente máxima.
Un tubo con folla de aluminio é un capacitor e un tubo cun cable é un indutor. Xunto con (diodo e auricular) constitúen unha radio de cristal. Si, xunteino con algúns materiais sinxelos (seguín as instrucións deste YouTube). vídeo). A idea básica é axustar os valores dos capacitores e indutores para "sintonizar" unha estación de radio específica. Non podo facelo funcionar correctamente. Non creo que haxa boas estacións de radio AM ao redor. (ou o meu indutor está roto). Non obstante, descubrín que este vello kit de radio de cristal funciona mellor.
Atopei unha emisora ​​que case non podo escoitar, polo que creo que a miña radio de fabricación propia pode non ser suficientemente boa para recibir unha emisora. Pero como funciona exactamente este circuíto de resonancia RLC e como obtén o sinal de audio? Gardareino nunha próxima publicación.
© 2021 Condé Nast.todos os dereitos reservados. Ao usar este sitio web, aceptas o noso acordo de usuario e política de privacidade e declaración de cookies, así como os teus dereitos de privacidade de California. Como parte da nosa asociación de afiliados cos venda polo miúdo, Wired pode recibir unha parte do vendas de produtos adquiridos a través do noso sitio web. Sen o permiso previo por escrito de Condé Nast, os materiais deste sitio web non poden ser copiados, distribuídos, transmitidos, almacenados en caché ou utilizados doutro xeito. Selección de anuncios