أخبار

ماذا يحدث عندما تضع ملفات حث ومكثفات في الدائرة؟ شيء رائع، وهو مهم بالفعل.
يمكنك صنع العديد من الأنواع المختلفة من المحرِّضات، لكن النوع الأكثر شيوعًا هو الملف الأسطواني - الملف اللولبي.
عندما يمر التيار عبر الحلقة الأولى، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا يمر عبر الحلقات الأخرى. وما لم تتغير السعة، فلن يكون للمجال المغناطيسي أي تأثير حقًا. ويولد المجال المغناطيسي المتغير مجالات كهربائية في دوائر أخرى. الاتجاه من هذا المجال الكهربائي ينتج تغيرا في الإمكانات الكهربائية مثل البطارية.
وأخيرًا، لدينا جهاز يتناسب فرق الجهد فيه مع المعدل الزمني لتغير التيار (لأن التيار يولد مجالًا مغناطيسيًا). ويمكن كتابة ذلك على النحو التالي:
هناك شيئان يجب الإشارة إليهما في هذه المعادلة. أولاً، L هي الحث. وهي تعتمد فقط على هندسة الملف اللولبي (أو أي شكل آخر لديك)، ويتم قياس قيمتها على شكل هنري. ثانيًا، هناك ناقص إشارة. هذا يعني أن التغير في الجهد عبر ملف الحث هو عكس التغير في التيار.
كيف يتصرف الحث في الدائرة؟ إذا كان لديك تيار ثابت، فلن يكون هناك تغيير (تيار مباشر)، وبالتالي لا يوجد فرق محتمل عبر المحرِّض - فهو يتصرف كما لو أنه غير موجود. إذا كان هناك تيار عالي التردد (دائرة التيار المتردد)، سيكون هناك فرق كبير في الجهد عبر المحث.
وبالمثل، هناك العديد من التكوينات المختلفة للمكثفات. الشكل الأبسط يستخدم لوحين موصلين متوازيين، كل منهما له شحنة (ولكن الشحنة الصافية صفر).
تخلق الشحنة الموجودة على هذه الألواح مجالًا كهربائيًا داخل المكثف. وبسبب المجال الكهربائي، يجب أن يتغير الجهد الكهربائي بين الألواح أيضًا. وتعتمد قيمة فرق الجهد هذا على كمية الشحنة. ويمكن أن يكون فرق الجهد عبر المكثف مكتوبة على النحو التالي:
هنا C هي قيمة السعة بالفاراد، وتعتمد أيضًا على التكوين الفعلي للجهاز فقط.
إذا دخل التيار إلى المكثف، فإن قيمة الشحنة على اللوحة ستتغير. إذا كان هناك تيار ثابت (أو تردد منخفض)، فسيستمر التيار في إضافة شحنة إلى الألواح لزيادة الجهد، وبالتالي بمرور الوقت، سيقل الجهد في النهاية تكون مثل دائرة مفتوحة، وسيكون جهد المكثف مساوياً لجهد البطارية (أو مصدر الطاقة). وإذا كان لديك تيار عالي التردد، فسيتم إضافة الشحنة وإخراجها من الألواح الموجودة في المكثف، وبدون شحن. عند التراكم، سيتصرف المكثف كما لو أنه غير موجود.
لنفترض أننا بدأنا بمكثف مشحون وقمنا بتوصيله بمحث (لا توجد مقاومة في الدائرة لأنني أستخدم أسلاكًا مادية مثالية). فكر في اللحظة التي يتم فيها توصيل الاثنين. بافتراض وجود مفتاح، يمكنني الرسم الرسم البياني التالي.
هذا ما يحدث. أولاً، لا يوجد تيار (لأن المفتاح مفتوح). بمجرد إغلاق المفتاح، سيكون هناك تيار، بدون مقاومة، سيقفز هذا التيار إلى ما لا نهاية. لكن هذه الزيادة الكبيرة في التيار تعني أن سيتغير الجهد المتولد عبر ملف الحث. في مرحلة ما، سيكون تغير الجهد عبر ملف الحث أكبر من التغير عبر المكثف (لأن المكثف يفقد الشحنة مع تدفق التيار)، وبعد ذلك سينعكس التيار ويعيد شحن المكثف .ستستمر هذه العملية بالتكرار لأنه لا توجد مقاومة.
تسمى دائرة LC لأنها تحتوي على ملف حث (L) ومكثف (C) - أعتقد أن هذا واضح. يجب أن يكون التغير المحتمل حول الدائرة بأكملها صفرًا (لأنها دورة) حتى أتمكن من كتابة:
يتغير كل من Q وI مع مرور الوقت. هناك اتصال بين Q وI لأن التيار هو المعدل الزمني لتغير الشحنة عند مغادرة المكثف.
الآن لدي معادلة تفاضلية من الدرجة الثانية لمتغير الشحنة. هذه ليست معادلة صعبة الحل - في الواقع، يمكنني تخمين الحل.
هذا هو تقريبًا نفس الحل الخاص بالكتلة في الزنبرك (إلا أنه في هذه الحالة، يتم تغيير الموضع، وليس الشحنة). لكن مهلًا! ليس علينا تخمين الحل، يمكنك أيضًا استخدام الحسابات الرقمية لتحليله حل هذه المشكلة. دعني أبدأ بالقيم التالية:
لحل هذه المشكلة عدديًا، سأقوم بتقسيم المشكلة إلى خطوات زمنية صغيرة. وفي كل خطوة، سأقوم بما يلي:
أعتقد أن هذا رائع جدًا. والأفضل من ذلك، يمكنك قياس فترة تذبذب الدائرة (استخدم الماوس للتمرير والعثور على قيمة الوقت)، ثم استخدم الطريقة التالية لمقارنتها بالتردد الزاوي المتوقع:
وبطبيعة الحال، يمكنك تغيير بعض المحتوى في البرنامج ومعرفة ما سيحدث، فلن تدمر أي شيء إلى الأبد.
النموذج أعلاه غير واقعي. الدوائر الحقيقية (خاصة الأسلاك الطويلة في المحاثات) لها مقاومة. إذا أردت تضمين هذه المقاومة في النموذج الخاص بي، فستبدو الدائرة كما يلي:
سيؤدي هذا إلى تغيير معادلة حلقة الجهد. سيكون هناك الآن أيضًا مصطلح يشير إلى الانخفاض المحتمل عبر المقاومة.
يمكنني مرة أخرى استخدام العلاقة بين الشحنة والتيار للحصول على المعادلة التفاضلية التالية:
بعد إضافة المقاوم، ستصبح هذه معادلة أكثر صعوبة، ولا يمكننا مجرد "تخمين" الحل. ومع ذلك، لا ينبغي أن يكون تعديل الحساب الرقمي أعلاه لحل هذه المشكلة صعبًا للغاية. في الواقع، التغيير الوحيد هو الخط الذي يحسب المشتقة الثانية للشحنة. لقد أضفت مصطلحًا هناك لشرح المقاومة (ولكن ليس من الدرجة الأولى). باستخدام مقاومة 3 أوم، أحصل على النتيجة التالية (اضغط على زر التشغيل مرة أخرى لتشغيله).
نعم، يمكنك أيضًا تغيير قيم C وL، لكن كن حذرًا. إذا كانت منخفضة جدًا، فسيكون التردد مرتفعًا جدًا وتحتاج إلى تغيير حجم الخطوة الزمنية إلى قيمة أصغر.
عندما تقوم بإنشاء نموذج (من خلال التحليل أو الطرق الرقمية)، فإنك في بعض الأحيان لا تعرف حقًا ما إذا كان قانونيًا أم مزيفًا تمامًا. إحدى طرق اختبار النموذج هي مقارنته ببيانات حقيقية. دعنا نفعل هذا. هذا هو هدفي جلسة.
هذه هي الطريقة التي تعمل بها. أولاً، استخدمت ثلاث بطاريات من النوع D لشحن المكثفات. يمكنني معرفة متى يتم شحن المكثف بالكامل تقريبًا من خلال النظر إلى الجهد عبر المكثف. بعد ذلك، افصل البطارية ثم أغلق المفتاح إلى قم بتفريغ المكثف من خلال المحث. المقاومة ليست سوى جزء من السلك - ليس لدي مقاومة منفصلة.
لقد جربت عدة مجموعات مختلفة من المكثفات والمحاثات، وأخيراً حصلت على بعض العمل. في هذه الحالة، استخدمت مكثف 5 ميكروفاراد ومحول قديم سيئ المظهر كمحث (غير موضح أعلاه). لست متأكدًا من قيمة الحث، لذلك أقوم فقط بتقدير تردد الزاوية واستخدام قيمة السعة المعروفة لإيجاد 13.6 محاثة هنري. بالنسبة للمقاومة، حاولت قياس هذه القيمة باستخدام مقياس الأومتر، ولكن يبدو أن استخدام قيمة 715 أوم في النموذج الخاص بي نجح أفضل.
هذا رسم بياني لنموذجي العددي والجهد المقاس في الدائرة الفعلية (لقد استخدمت مسبار الجهد التفاضلي Vernier للحصول على الجهد كدالة للوقت).
إنه ليس مناسبًا تمامًا، ولكنه قريب بدرجة كافية بالنسبة لي. من الواضح أنه يمكنني ضبط المعلمات قليلاً للحصول على ملاءمة أفضل، ولكن أعتقد أن هذا يوضح أن نموذجي ليس مجنونًا.
الميزة الرئيسية لدائرة LRC هذه هي أنها تحتوي على بعض الترددات الطبيعية التي تعتمد على قيم L و C. لنفترض أنني فعلت شيئًا مختلفًا. ماذا لو قمت بتوصيل مصدر جهد متذبذب بدائرة LRC هذه؟ في هذه الحالة، فإن يعتمد الحد الأقصى للتيار في الدائرة على تردد مصدر الجهد المتأرجح. عندما يكون تردد مصدر الجهد ودائرة LC هو نفسه، سوف تحصل على الحد الأقصى للتيار.
الأنبوب الذي يحتوي على رقائق الألومنيوم عبارة عن مكثف، والأنبوب الذي يحتوي على سلك عبارة عن محث. ويشكل هذان معًا (الصمام الثنائي وسماعة الأذن) راديوًا بلوريًا. نعم، قمت بتجميعه مع بعض الإمدادات البسيطة (لقد اتبعت التعليمات الموجودة على هذا اليوتيوب) فيديو).الفكرة الأساسية هي ضبط قيم المكثفات والمحاثات "لضبط" محطة راديو معينة. لا أستطيع تشغيلها بشكل صحيح - لا أعتقد أن هناك أي محطات راديو AM جيدة حولها (أو تم كسر محث بلدي). ومع ذلك، وجدت أن مجموعة الراديو الكريستالية القديمة هذه تعمل بشكل أفضل.
لقد وجدت محطة لا أستطيع سماعها، لذا أعتقد أن الراديو الذي صنعته بنفسي قد لا يكون جيدًا بما يكفي لاستقبال محطة. ولكن كيف تعمل دائرة الرنين RLC هذه بالضبط، وكيف تحصل على الإشارة الصوتية منها؟ ربما سأحفظه في مشاركة مستقبلية.
© 2021 Condé Nast. جميع الحقوق محفوظة. باستخدام هذا الموقع، فإنك تقبل اتفاقية المستخدم وسياسة الخصوصية وبيان ملفات تعريف الارتباط الخاصة بنا، بالإضافة إلى حقوق الخصوصية الخاصة بك في كاليفورنيا. كجزء من شراكتنا التابعة مع تجار التجزئة، قد تتلقى Wired جزءًا من مبيعات المنتجات المشتراة عبر موقعنا الإلكتروني. بدون الحصول على إذن كتابي مسبق من Condé Nast، لا يجوز نسخ المواد الموجودة على هذا الموقع أو توزيعها أو نقلها أو تخزينها مؤقتًا أو استخدامها بأي شكل آخر.