Kapacitatīvā reakcija

Prestigio MultiPad Color 2 отзывы пользователей (Aprīlis 2019).

Anonim

Kapacitatīvā reakcija

AC elektriskās shēmas


jautājums 1

Vai ne tikai sēdēt tur! Kaut ko!

Mācīšanās matemātiski analizēt ķēdes prasa daudz pētījumu un prakses. Parasti skolēni praktizē, strādājot ar daudzām izlases problēmām un pārbaudot savas atbildes uz tiem, ko sniedz mācību grāmata vai instruktors. Lai gan tas ir labi, ir daudz labāks veids.

Jūs apgūsiet daudz vairāk, faktiski veidojot un analizējot reālās shēmas, ļaujot testa aprīkojumam sniegt "atbildes", nevis grāmatu vai citu personu. Lai veiksmīgi izveidotu vingrinājumus, rīkojieties šādi:

  1. Pirms ķēžu konstrukcijas rūpīgi izmērīt un ierakstīt visas komponentu vērtības.
  2. Uzzīmējiet shēmas diagrammu, kas jāanalizē.
  3. Rūpīgi izveidojiet šo ķēdi uz plātnes vai cita ērta līdzekļa.
  4. Pārbaudiet ķēdes konstrukcijas precizitāti pēc katra pieslēguma pie katra savienojuma punkta un pārbaudiet šos elementus diagrammā atsevišķi.
  5. Matemātiski analizē ķēdi, risinot visas sprieguma un strāvas vērtības.
  6. Rūpīgi izmērīt visas sprieguma un strāvas, lai pārbaudītu jūsu analīzes precizitāti.
  7. Ja ir kādas būtiskas kļūdas (vairāk nekā daži procenti), rūpīgi pārbaudiet savas ķēdes konstrukciju pret diagrammu, pēc tam rūpīgi pārvērtējiet vērtības un veiciet jaunu mērīšanu.

Attiecībā uz maiņstrāvas ķēdēm, kurās induktīvie un kapacitatīvie pretesti (impedances) ir būtisks aprēķinu elements, es iesaku augstas kvalitātes (augstas Q) induktorus un kondensatorus un strāvas padevi ar zemas frekvences spriegumu (strāvas līnijas frekvence darbojas labi), lai samazinātu parazītu efekti. Ja jums ir ierobežots budžets, es atklāju, ka lēti elektroniskās mūzikas tastatūras darbojas arī kā "funkciju ģeneratori", lai radītu plašu audiofrekvenču maiņstrāvas signālu spektru. Noteikti izvēlieties tastatūru "balss", kas cieši imitē sinusa vilnis ("panflute" balss parasti ir labs), ja sinusoidālās viļņu formas ir svarīgs pieņēmums jūsu aprēķinos.

Kā parasti, izvairieties no ļoti augstas un ļoti zemas rezistoru vērtības, lai izvairītos no mērīšanas kļūdām, ko rada skaitītāja "iekraušana". Es iesaku rezistoru vērtības no 1 kΩ līdz 100 kΩ.

Viens no veidiem, kā jūs varat ietaupīt laiku un samazināt kļūdu iespējamību, ir jāsāk ar ļoti vienkāršu shēmu un pakāpeniski jāpievieno komponenti, lai pēc katras analīzes palielinātu sarežģītību, nevis izveidotu pilnīgi jaunu shēmu katrai prakses problēmai. Vēl viena laika taupīšanas metode ir atkārtoti izmantot tās pašas sastāvdaļas dažādās shēmas konfigurācijās. Šādā veidā jums nevajadzēs izmērīt komponenta vērtību vairāk nekā vienu reizi.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Ļaujiet elektroniem paši sniegt jums atbildes uz jūsu "prakses problēmas"!

Piezīmes:

Mana pieredze liecina, ka skolēni prasa daudz prakses ar ķēdes analīzi, lai kļūtu prasmīgi. Šajā nolūkā instruktori parasti nodrošina savus skolēnus ar daudzām prakses problēmām, kas jāstrādā, un jāsniedz atbildes studentiem, lai pārbaudītu viņu darbu. Kaut arī šī pieeja ļauj studentiem apgūt ķēdes teorijas, tā tos pilnībā neapzinās.

Studentiem ne tikai nepieciešama matemātiskā prakse. Viņiem arī ir nepieciešamas reālas, praktiskas ēkas shēmas un testēšanas iekārtas. Tātad, es ierosinu šādu alternatīvu pieeju: skolēniem vajadzētu veidot savas "prakses problēmas" ar reāliem komponentiem un mēģināt matemātiski prognozēt dažādas sprieguma un pašreizējās vērtības. Tādā veidā matemātiskā teorija "atdzīvojas", un studenti iegūst praktisku iemaņu, ko viņi nespētu iegūt, vienkārši risinot vienādojumus.

Vēl viens šīs prakses metodes izmantošanas iemesls ir iemācīt skolēniem zinātnisko metodi : hipotēžu (šajā gadījumā matemātiskās prognozes) testēšanas procesu, veicot reālu eksperimentu. Studenti arī izstrādās reālas problēmu novēršanas prasmes, jo reizēm tie rada ķēdes konstrukcijas kļūdas.

Pavadiet dažus brīžus ar savu klasi, lai pārskatītu dažus "noteikumus" ēku shēmām, pirms tie sākas. Apspriediet šos jautājumus ar saviem skolēniem tādā pašā Sokrātiskajā veidā, kā parasti jūs apspriestu darba lapas jautājumus, nevis vienkārši pateikt viņiem, ko viņiem vajadzētu un ko nedrīkst darīt. Es nekad vairs nebrīnos par to, cik slikti skolēni uztver instrukcijas, kad tie tiek parādīti tipiskā lekcijā (instruktors monologs) formātā!

Lielisks veids, kā iepazīstināt studentus ar reālo ķēžu matemātisko analīzi, ir tos vispirms noteikt komponentu vērtības (L un C) no maiņstrāvas un strāvas mērījumiem. Vienkāršākā ķēde, protams, ir viena sastāvdaļa, kas savienota ar barošanas avotu! Tas ne tikai iemācīs skolēniem pareizi un droši iestatīt maiņstrāvas ķēdes, bet arī iemācīs viņiem novērtēt kapacitāti un induktivitāti bez specializētas testa iekārtas.

Piezīme par reaktīvām sastāvdaļām: izmantojiet augstas kvalitātes kondensatorus un induktorus, kā arī mēģiniet izmantot zemas frekvences strāvas padevei. Nelieli pakāpju spēka transformatori darbojas labi induktoriem (vismaz divi induktori vienā iepakojumā!), Kamēr spriegums, kas tiek piemērots jebkuram transformatoram, ir mazāks nekā transformatora nominālais spriegums šim vijumam (lai izvairītos no kodinātāja piesātinājuma )

Piezīme tiem instruktoriem, kuri var sūdzēties par "izšķērdēto" laiku, kas nepieciešams, lai studenti izveidotu reālās shēmas, nevis vienkārši matemātiski analizētu teorētiskās shēmas:

Kāds mērķis ir studentiem, kuri apgūst kursu "darblapas paneļa panelis-noklusējums" itemscope>

2. jautājums

Parasti kondensatori iebilst pret izmaiņām ( izvēlieties: vai), un viņi to dara. . . (pabeidz teikumu).

Pamatojoties uz šo noteikumu, nosakiet, kā kondensators reaģēs uz pastāvīgu maiņstrāvas spriegumu, kas palielinās frekvencē. Vai kondensators pāriet vairāk vai mazāk strāvu, ņemot vērā lielāku frekvenci? Paskaidrojiet savu atbildi.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Parasti kondensatori iebilst pret pārmaiņām, un viņi to dara, izveidojot strāvu.

Kondensators ar lielāku frekvenci pārsniedz lielāku strāvas daudzumu, ņemot vērā to pašu maiņstrāvas spriegumu.

Piezīmes:

Šis jautājums ir kvalitatīvas domāšanas uzdevums: saistīto izmaiņu līmenis ar citiem mainīgiem lielumiem bez skaitlisko lielumu izmantošanas. Vispārīgais noteikums, kas šeit minēts, ir ļoti svarīgi, lai studenti apgūtu un varētu pieteikties dažādos apstākļos. Ja viņi nezina neko par kondensatoriem, izņemot šo noteikumu, viņi varēs uztvert ļoti daudz kondensatoru ķēdes darbību.

3. jautājums


∫f (x) dx aprēķinu brīdinājums!


Mēs zinām, ka formula, kas attiecas uz momentāno spriegumu un strāvu kondensatorā, ir šāda:

i = C de


dt

Zinot to, nosakiet, uz kādiem punktiem šajā sinusa vilnī izvietots kondensatora spriegums ir kondensatora strāva, kas ir vienāda ar nulli, un kur strāva ir ar tās pozitīviem un negatīviem pīķiem. Tad savienojiet šos punktus, lai izveidotu kondensatora strāvas vilnim:

Cik daudz fāzes nobīdes (grādos) ir starp spriegumu un strāvas viļņu formām? "3"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

Kondensatoram spriegums atpaliek un strāvas padeve notiek ar fāzes nobīdi 90 o .

Piezīmes:

Šis jautājums ir lielisks atvasinājuma kalkulācijas jēdziena pielietojums: saistot vienu funkciju (momentānā strāva, i) ar citu funkciju momentāno maiņas ātrumu (spriegums (de / dt)).

4. jautājums

Jums jāzina, ka kondensatoru veido divas vadāmas plāksnes, kuras atdala elektriski izolējošs materiāls. Kā tāds, nav "omijas" ceļa, kurā elektroni plūst starp plāksnēm. To var attaisnot ar ommēra mērīšanu, kas norāda, ka kondensatoram ir (gandrīz) bezgalīga pretestība, kad tā tiek uzlādēta no ommēra pilnā izejas sprieguma.

Paskaidrojiet, kā kondensators spēj nepārtraukti pāriet maiņstrāvu, lai gan tas nevar pastāvīgi pārnest DC.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Es ļaus jums to izdomāt pats par sevi!

Piezīmes:

Šī kondensatoru iezīme ir ļoti noderīga elektroniskajā shēmā. Jūsu skolēni to mācību stundās atradīs daudzas lietojumprogrammas!

5. jautājums

Vai kondensatora pretestība mainīgajam strāvam palielinās vai samazinās, jo šī strāvas frekvence palielinās? Atklāj atbildi Paslēpt atbildi

Pretestība pret maiņstrāvas ("reaktīva") kondensatoru samazinās, palielinoties frekvencei. Mēs runājam par šo opozīciju kā par "pretestību", nevis par "pretestību", jo tā ir nesaistoša. Citiem vārdiem sakot, reaktants nespēj atstāt ķēdi.

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem definēt attiecības starp kondensatora pretestību un frekvenci kā "tieši proporcionālu" vai "apgriezti proporcionālu". Šīs ir divas frāzes, ko bieži izmanto zinātnē un inženierzinātnēs, lai aprakstītu, vai viens daudzums palielinās vai samazinās, palielinoties citam daudzumam. Jūsu studentiem noteikti jāzina gan šīs frāzes, gan jāspēj tos interpretēt un izmantot tehniskajās diskusijās.

Šajā kontekstā apspriežiet arī vārda "non-dissipative" nozīmi. Kā mēs varam pierādīt, ka kondensatora izteiktā opozīcija pašreizējam nav izkliedējoša? Kāds būtu tā galīgais pārbaudījums?

6. jautājums

Vai pašreizējā caur rezistoru palielinās vai samazināsies, jo kondensatora plāksnes tiek pārvietotas tuvāk?

Paskaidrojiet, kāpēc tas notiek, atsaucoties uz kapacitīvo pretestību (X C ).

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Pašreizējais palielināsies .

Pārbaudes jautājums: apvienojiet fizisko kapacitātes vienādojumu un kapacitīvo reaktīvo vienādojumu kopā, lai izveidotu jaunu vienādojumu, kas atrisina pretestības koeficientu (X C ), ņemot vērā visas kondensatora fiziskās specifikācijas (plātnes laukums, atstatums un caurlaidība) un izmantoto frekvenci :

C = εA


d

X C = 1


2 πf C

Piezīmes:

Studenti varētu uzminēt pareizo atbildi pat tad, ja viņi neko nezina par kapacitīvo pretestību, tikai pieņemot, ka tuvāk plāksnes nozīmē pilnīgāku ķēdi. Tomēr reālā atbilde ir daudz sarežģītāka nekā šī, un tas ir tas, kas jums jāizdara no diskusijas ar viņiem.

7. jautājums

Pieņemsim, ka kāds uzaicina jūs diferencēt elektrisko pretestību (X) no elektriskās pretestības (R). Kā jūs varētu atšķirt šos divus līdzīgus jēdzienus, izmantojot savus vārdus "# 7"> Atklāt atbildi Nerādīt atbildi

Tas ir patiešām svarīgi, lai jūs varētu ierakstīt šo koncepciju ar saviem vārdiem, tāpēc pārliecinieties, ka ar savu instruktors pārliecinieties, ka jūsu atbilde uz šo jautājumu ir pareiza! Lai dotu jums vietu, kur sākt, es piedāvāju šo atšķirību: pretestība ir elektriskā berze, bet pretestība ir elektroenerģijas uzglabāšana . Principā starpība starp X un R ir enerģijas apmaiņas jautājums, un to saprot visprecīzāk.

Piezīmes:

Tas ir lielisks punkts, kur notiek pāreja ar jūsu skolēnu mācībām pamatizglītības fizikā, ja viņi pašlaik studē fiziku vai jau agrāk ir apguvuši fiziku. Induktoru un kondensatoru enerģētiskās uzkrāšanas darbības ir diezgan līdzīgas masu un atsperu enerģiju uzglabāšanas darbībām (attiecīgi, ja jūs saistāt ātrumu ar strāvu un spēku ar spriegumu). Tādā pašā veidā izturība ir analoģiska kinētiskajai berzi starp kustīgu objektu un stacionāru virsmu. Faktiski paralēli ir tik precīzi, ka R, L un C elektriskās īpašības ir izmantotas, lai modelētu mehāniskās sistēmas berzes, masas un elastības dēļ ķēdēs, kas pazīstamas kā analogie datori .

8. jautājums

Kondensatoriem, kuru nominālā ir 2, 2 mikrofrādes, tiek veikts sinusoidālais maiņstrāvas spriegums 24 volti RMS frekvencē 60 hektāri. Uzrakstiet formulu, lai aprēķinātu kapacitīvo pretestību (X C ), un atrisiniet strāvu caur kondensatoru.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

X C = 1


2 πf C

Pašreizējais caur šo kondensatoru ir 19, 91 mA RMS.

Piezīmes:

Esmu konsekventi noskaidrojis, ka kvalitatīva (lielāka, mazāka vai vienāda) analīze ir daudz grūtāk studentiem veikt nevis kvantitatīvu (izspiež skaitli kalkulatorā) analīzē. Tomēr es pastāvīgi atradu darbu, ka cilvēki, kuriem trūkst kvalitatīvu prasmju, rada vairāk "muļķīgu" kvantitatīvu kļūdu, jo viņi nevar novērtēt savus aprēķinus.

Ņemot to vērā, es vienmēr apstrīdu, ka saviem skolēniem kvalitatīvi analizē formulas, kad tās pirmo reizi tiek iepazīstinātas ar viņiem. Vaicājiet saviem skolēniem noskaidrot, kas notiks ar vienu vienādojuma terminu, ja kāds cits termins būtu vai nu palielināt, vai samazināt (jūs izvēlaties mainīgo virzienu). Ja nepieciešams, izmantojiet augšupvērsto un lejupvērsto bultiņu simbolus, lai grafiski paziņotu par izmaiņām. Jūsu skolēni lielā mērā iegūs viņu konceptuālo izpratni par lietišķo matemātiku no šāda veida prakses!

9. jautājums

Kādā frekvencē 33 μF kondensators ir 20Ω pretestības strāvas? Uzrakstiet formulu, kā to atrisināt, papildus frekvences aprēķinam.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

f = 241, 1 Hz

Piezīmes:

Noteikti prasiet saviem skolēniem demonstrēt sākotnējās formulas algebrisko manipulāciju, sniedzot atbildi uz šo jautājumu. Algebriskās manipulācijas ar vienādojumiem ir ļoti svarīga prasme, un tas nāk tikai ar pētījumu un praksi.

10. jautājums

Paskaidrojiet visas nepieciešamās darbības, lai aprēķinātu strāvas daudzumu šajā kapacitatīvā maiņstrāvas ķēdei:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

I = 22, 6 mA

Piezīmes:

Pašreizējā nav grūti aprēķināt, tāpēc, protams, vissvarīgākais šā jautājuma aspekts nav matemātika. Drīzāk tā ir aprēķināšanas kārtība : ko darīt vispirms, otrajā, trešajā utt., Lai iegūtu galīgo atbildi.

11. jautājums

DC ķēdēs mums ir Oma likums, kas savieno spriegumu, strāvu un pretestību:

E = IR

Maiņstrāvas ķēdēs mums līdzīgi vajag arī formulu, lai savienotu spriegumu, strāvu un pretestību kopā. Uzrakstiet trīs vienādojumus, vienu risinājumu katram no šiem trim mainīgajiem: Oma likuma formulu kopums maiņstrāvas ķēdēm. Esi gatavs parādīt, kā jūs varat izmantot algebru, lai manipulētu ar vienu no šiem vienādojumiem divās citās formās.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

E = IZ

I = E


Z

Z = E


Es

Ja izmanto sprieguma, strāvas un pretestības phasor daudzumus (kompleksi skaitļi), pareizais veids, kā uzrakstīt šos vienādojumus, ir šāds:

E = IZ

I = E


Z

Z = E


Es

Viltīgs veids ir izplatīts veids, kā apzīmēt vektoru daudzumus matemātikā.

Piezīmes:

Lai gan PhoSor daudzumu izmantošana sprieguma, strāvas un pretestības gadījumā saskaņā ar Ohmas likuma AC veidos zināmas priekšrocības salīdzinājumā ar skalāriem aprēķiniem, tas nenozīmē, ka nevar izmantot skalārus daudzumus. Bieži vien ir pareizi izteikt maiņstrāvas spriegumu, strāvu vai pretestību kā vienkāršu skalāra numuru.

12. jautājums

Parasti AC ķēžu daudzumi jāuzrāda kā sarežģīti skaitļi, nevis kā skalārie skaitļi, jo noteikti aprēķini ir nepieciešami gan lieluma, gan fāzes leņķim.

Atsaucoties uz maiņstrāvas spriegumiem un strāvām polāro formā, norādītais leņķis attiecas uz fāzes nobīdi starp doto spriegumu vai strāvu un "references" spriegumu vai strāvu tajā pašā frekvencē citur ķēdē. Tātad spriegums 3, 5 V ∠-45 o nozīmē spriegumu 3, 5 V lielumā, ar fāzu pārveidotu 45 grādu atskaites spriegumu (vai strāvu), kas ir noteikts 0 grādu leņķī.

Bet ko par pretestību (Z) "# 12"> Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Z C = 15, 92 kΩ ∠ -90 o

Piezīmes:

Šis ir sarežģīts jautājums, jo tas lūdz studentu aizstāvēt fāzes leņķu pielietošanu tādam daudzuma veidam, kas patiešām neveido viļņu formu, piemēram, maiņstrāvas spriegumus un strāvas. Konceptuāli tas ir grūti saprast. Tomēr atbilde ir diezgan skaidra, aprēķinot Oma likumu (Z = E / I ).

Lai gan ir dabiski piešķirt fāzes leņķi 0 o līdz 48 voltu piegādei, padarot to par atsauces viļņu formu, tas faktiski nav vajadzīgs. Darbs ar šo aprēķinu ar saviem skolēniem, pieņemot dažādus leņķus spriegumam katrā gadījumā. Jums vajadzētu uzzināt, ka pretestība aprēķina vienādu precīzu daudzumu katru reizi.

13. jautājums

Paskaidrojiet, kā jūs varētu aprēķināt kondensatora kapacitātes vērtību (Faradas vienībās), mērot maiņstrāvas spriegumu, maiņstrāvu un frekvenci šīs konfigurācijas ķēdē:

Uzrakstiet vienotu formulu, kas nosaka kapacitāti, ņemot vērā šīs trīs vērtības (V, I un f).

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

C = Es


2 πf V

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem parādīt, kā viņi ieradās pie C aprēķināšanas formulas. Algebra nav grūti, taču ir nepieciešama kāda aizstāšana.

14. jautājums

Tehniķis mēra spriegumu pāri izdegušā solenoīda vārsta ligzdām, lai pārbaudītu, vai nav bīstama sprieguma, pirms pieskaras vadu savienojumiem. Šim solenoīda slēdžs ir izslēgts un nostiprināts ar slēdzeni, bet tehniķa digitālais voltmetrs joprojām reģistrē aptuveni trīs ar pusi voltu AC starp solenoīda spailēm!

Tagad trīs ar pusi voltu AC nav pietiekami daudz sprieguma, lai radītu kaitējumu, bet tā klātbūtne sajauc un rūpējas par tehniķi. Ja nevajadzētu būt 0 voltiem, ja slēdzis ir izslēgts "# 14"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

Noplūdes kapacitāte, kas pastāv starp atvilktnes atvērtajiem kontaktiem, nodrošina augstas pretestības ceļu maiņstrāvas spriegumam, lai sasniegtu voltmetra testa vadus.

Pārbaudes jautājums: lai gan šajā gadījumā izmērītā sprieguma vērtība bija krietni zemāka par kopējo nozares slieksni šoka briesmām (30 volti), nedaudz atšķirīgs scenārijs varētu radīt daudz lielāku "fantomu" sprieguma mērīšanu. Vai šāda veida capacitively coupled spriegums, iespējams, rada drošības risku? Kāpēc vai kāpēc ne?

Izaicinājuma jautājums: vai tehniķis ir spējīgs noskaidrot, vai voltmetra izmērītās 3.51 volti ir "reāli"? Citiem vārdiem sakot, ko tad, ja šis mazais spriegums nebūtu izkliedētā kapacitātes rezultāts pāri slēdža kontaktiem, bet drīzāk kāds cits AC avots, kas spēj piegādāt ievērojamu strāvu? Kā tehniķis var noteikt, vai 3, 51 volti spēj nopirkt ievērojamu strāvas daudzumu?

Piezīmes:

Es nevaru pateikt, cik reižu es saskāries ar šo fenomenu: "fantomas" maiņstrāvas spriegumi, kas reģistrēti ar augstas impedances DMM shēmās, kuras, domājams, ir "mirušas". Rūpnieciskie elektriķi bieži izmanto citu instrumentu, lai pārbaudītu bīstamas sprieguma klātbūtni, neapstrādāta ierīce, kas pazīstama kā "Wiggy".

15. jautājums

Audio austiņas rada augstas jutības sprieguma detektorus maiņstrāvas signāliem audio frekvenču diapazonā. Tomēr mazie skaļruņi austiņu iekšpusē ir diezgan viegli bojāti, pielietojot līdzstrāvas spriegumu.

Paskaidrojiet, kā kondensatoru varētu izmantot kā "filtrējošu" ierīci, kas ļauj AC signālus pārnest uz austiņu pāri, tomēr bloķējiet jebkuru piemērotu spriegumu, lai novērstu nejaušu austiņu bojājumu, izmantojot tos kā elektrisko instrumentu.

Galvenais, lai saprastu, kā atbildēt uz šo jautājumu, ir atpazīt, ko kondensators "parādās kā" AC signāliem pret DC signāliem.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Savienojiet kondensatoru virknē ar austiņu skaļruņiem.

Piezīmes:

Es ļoti iesaku studentiem, lai viņi izveidotu transformatora izolācijas shēmu, ja viņi plāno izmantot pāris audio austiņas kā testa ierīci (sk. Jautājuma faila numuru 00983 pilnai shematiskai shēmai).

  • ← Iepriekšējā darba lapa

  • Darba lapa indekss

  • Nākamā darblapa →