darblapas

Induktīvā reakcija

Пазлы для всей семьи (Decembris 2018).

Anonim

Induktīvā 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

Pieņemsim, ka kāds uzaicina jūs diferencēt elektrisko pretestību (X) no elektriskās pretestības (R). Kā jūs varētu atšķirt šos divus līdzīgus jēdzienus no cita, izmantojot savus vārdus?

Atklāt atbildi Slēpt 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 .

3. jautājums

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

Pamatojoties uz šo noteikumu, nosakiet, kā induktors reaģēs uz pastāvīgu maiņstrāvu, kas palielinās frekvencē. Vai induktors piliens vairāk vai mazāk sprieguma, ņemot vērā lielāku frekvenci? Paskaidrojiet savu atbildi.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Parasti induktori pretojas pārmaiņām, un viņi to dara, ražojot spriegumu.

Ar lielāku frekvenci induktors pazeminās lielāku maiņstrāvas daudzumu, ņemot vērā to pašu maiņstrāvu.

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 induktoriem, izņemot šo noteikumu, viņi varēs uztvert daudzu induktīvo ķēžu funkciju.

4. jautājums


∫f (x) dx aprēķinu brīdinājums!


Mēs zinām, ka formula, kas nosaka strāvas spriegumu un strāvu induktorā, ir šāda:

e = l di


dt

Zinot to, nosakiet, kādos punktos šajā sinusoidālā laukumā induktīvā strāva ir induktora spriegums, kas vienāds ar nulli, un kur spriegums ir tā pozitīvajā un negatīvajā augstumā. Tad pievienojiet šos punktus, lai izdarītu induktors ar spriegumu:

Cik daudz fāzes nobīdes (grādos) ir starp spriegumu un strāvas viļņu formām? "# 4"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

Par induktors spriegums ir vadošā un strāva atpaliek ar fāzes nobīdi 90 o .

Piezīmes:

Šis jautājums ir lielisks atvasinājuma calculus koncepcijas pielietojums: saistot vienu funkciju (momentāno spriegumu, e) ar citu funkciju momentāno maiņas ātrumu (strāva, (di / dt)).

5. jautājums

Vai induktors ir pretestība maiņstrāva palielināšanai vai samazināšanai, jo šī strāvas frekvence palielinās? Atzīmēt atbildi Slēpt atbildi

Pretestība pret maiņstrāvas strāvu ("pretestība") ar induktors palielinās, jo frekvence palielinās. 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 induktīvo 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 opozīcija strāvai, ko izraisa induktors, nav izkliedējoša? Kāds būtu tā galīgais pārbaudījums?

6. jautājums

Kas notiks ar spuldzes spilgtumu, jo dzelzs kodols šajā ķēdē tiek novirzīts no stieples spoles? Paskaidrojiet, kāpēc tas notiek.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Induktīvās pretestības izmaiņu (X L ) dēļ spuldze spīdēs gaišāk, kad dzelzs kodols tiek novirzīts prom no stieples spoles.

Sekojošais jautājums: kāda ķēdes atteice (-s) var izraisīt spuldzes spīdumu spilgtāku nekā vajadzētu "atzīmē slēptās"> Piezīmes:

Viens virziens, kuru jūs varētu vēlēties vadīt savus studentus ar šo jautājumu, ir tas, kā, izmantojot šo principu, var vadīt maiņstrāvu. Maiņstrāvas barošanas ar mainīgu pretestību kontrolei ir noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar maiņstrāvas barošanas kontroli ar mainīgu pretestību : mazāk izšķērdēta enerģija siltuma veidā.

7. jautājums

Inducatoram, kas novērtēts ar 4 Henrys, pakļauts sinusoidālajam maiņstrāvas spriegumam 24 volti RMS frekvencē 60 hektāri. Uzrakstiet formulu induktīvās pretestības aprēķināšanai (X L ), un atrisiniet strāvu caur induktors.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

X L = 2 πf L

Strāvas caur šo induktors ir 15, 92 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!

8. jautājums

Kādā frekvencē 350 mH induktoram ir 4, 7 kΩ reaktīvā jauda? Uzrakstiet formulu, kā to atrisināt, papildus frekvences aprēķinam.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

f = 2, 137 kHz

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.

9. jautājums

Cik induktivitāte būtu induktoram, lai nodrošinātu 540Ω pretestības frekvenci ar 400 Hz frekvenci? Uzrakstiet formulu, kā to atrisināt, papildus frekvences aprēķinam.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

L = 214.9 mH

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 induktīvajā maiņstrāvas ķēdē:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

I = 15, 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

Solenoīda vārsts ir mehāniska slēgšanas ierīce, ko iedarbina ar elektrību. Elektromagnētiskais spole rada pievilcīgu spēku dzelzs "armatūrai", kas pēc tam vai nu atver vai aizver vārstu mehānismu, lai kontrolētu plūsmu dažus šķidrumus. Šeit ir redzami divi dažādu veidu ilustrējumi, abi rādot solenoīda vārstu:

Daži solenoīda vārsti ir konstruēti tā, ka spoles bloku var noņemt no vārsta korpusa, nošķirot šos divus gabalus tā, lai apkopes darbus varētu veikt uz viena, netraucējot otru. Protams, tas nozīmē, ka magnētiskais lauks vairs netiks iedarbināts ar vārsta mehānismu, bet vismaz vienu gabalu var apstrādāt, neizņemot citu detaļu no jebkura savienojuma ar to:

Tas parasti tiek darīts, ja ir nepieciešams nomainīt vārsta mehānismu. Pirmkārt, spole tiek pacelta no vārsta mehānisma, pēc tam tehniskās apkopes tehniķis var noņemt vārsta korpusu no caurulēm un nomainīt to ar jaunu vārstu korpusu. Visbeidzot, spole ir pārinstalēta uz jaunā vārsta korpusa, un solenoīds ir atkal gatavs ekspluatācijai, viss bez elektriskās atvienošanas spoles no tās strāvas avota.

Tomēr, ja tas tiek darīts, kamēr spole ir aktivizēta, tā pārkarst un sadedzinās tikai dažas minūtes. Lai to novērstu, tehniskās apkopes speciālisti ir iemācījušies ievietot tērauda skrūvgriezi caur spirālveida centra atveri, kamēr tā tiek noņemta no vārsta korpusa, piemēram:

Ar tērauda skrūvgrieža grozu, kas atrodas vārsta korpusa iekšpusē dzelzs armatūrai, spole ne pārkarst un nedeg, pat ja tā ir nepārtraukti darbināta. Paskaidrojiet problēmas raksturu (kāpēc spole ir tendence degt, atdaloties no vārstu korpusa), kā arī to, kāpēc skrūvgrieze strādā dzelzs armatūras vietā, lai novērstu tā rašanos.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Ar elektromagnētisko spoli centrā vairs nav dzelzs armatūra, tāpēc spoles induktivitāte - un līdz ar to arī induktīvā pretestība AC - dramatiski samazināsies, ja vien armatūra netiek aizstāta ar citu feromagnētisku.

Piezīmes:

Kad es pirmo reizi redzēju šo praksi darbībā, es gandrīz sajukusi. Tas ir gan praktisks, gan ģeniāls, kā arī ir lielisks piemērs par mainīgo induktivitāti (un induktīvo pretestību), kas rodas no dažāda nevēlēšanās.

12. jautājums

Ja sākotnēji maiņstrāvas avots tiek izmantots elektromotoram (pirms motora vārpstas ir iespēja sākt kustību), motors "parādās" pie maiņstrāvas avota, lai tas būtu liels induktors:

Ja maiņstrāvas 60 Hz maiņstrāvas avota spriegums ir 480 voltu RMS, un motors sākotnēji piespiež 75 ampēru RMS, kad aizver dubultpolu monolīta slēdzene, cik daudz induktivitātes (L) motora tinumiem ir jābūt "# 12"> Atklāt atbildi Slēpt atbildi

XL = 16, 98 mH

Piezīmes:

Patiesībā motora apledojuma izturībai ir būtiska nozīme šāda veida aprēķinos, bet es vienkāršoja lietas mazliet tikai, lai dotu studentiem praktisku kontekstu savām ievada zināšanām par induktīvo pretestību.

13. jautājums

Analizējot ķēdes ar induktoriem, mēs bieži vien luksusa pieņemam, ka sastāvdaļu induktori ir perfekti; ti, tīri induktīvs, kam nav nekādu "klaiņojošu" īpašību, piemēram, izturības pret likvidāciju vai starpsavienojuma kapacitātes.

Īstā dzīve nav tik dāsna. Ar reāliem induktoriem mums ir jāņem vērā šie faktori. Viens pasākums, ko izmanto, lai izteiktu indukcijas "tīrību", ir tā sauktais Q vērtējums vai kvalitātes faktors .

Uzrakstiet formulu, lai aprēķinātu spoles kvalitātes faktoru (Q), un aprakstiet dažus darbības parametrus, kas var ietekmēt šo skaitli.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Q spole = X L


R

Piezīmes:

Jūsu studentiem vajadzētu būt iespējai nekavējoties saprast, ka Q nav indikatora statisks īpašums. Ļaujiet viņiem paskaidrot, kāpēc Q mainās, pamatojoties uz viņu zināšanām par induktīvo pretestību.

  • ← Iepriekšējā darba lapa

  • Darba lapa indekss

  • Nākamā darblapa →