Капацитивна реактивност

Електронен шублер (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Капацитивна реактивност

АЦ електрични кругови


Питање 1

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво измерите и забележите све компоненте прије изградње кола.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализирај круг, решавање за све напонске и тренутне вредности.
  6. Пажљиво измерите све напоне и струје како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

За АЦ кругове где су индуктивне и капацитивне реактансе (импеданције) значајан елемент у прорачунима, препоручујем висококвалитетне индукторје и кондензаторе високе снаге и напајање кола са ниским фреквенцијским напоном (фреквенција струјног вода добро ради) како би се смањио паразитски ефекти. Ако сте у ограниченом буџету, пронашао сам да јефтини електронски музички тастери добро функционишу као "генератори функција" за производњу широког спектра аудио-фреквенцијских АЦ сигнала. Обавезно изаберите тастатуру "глас" која блиско подсјећа на синусни талас ("панфлуте" глас је обично добар), ако су синусоидни таласни облици важна претпоставка у вашим прорачунима.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли мјерне грешке проузроковане "учитавањем" мерача. Препоручујем вредности отпорника између 1 кΩ и 100 кΩ.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Одличан начин упознавања студената са математичком анализом стварних кругова је да их прво одреде компоненте компоненте (Л и Ц) из мерења напона и струје АЦ-а. Најједноставнији круг, наравно, је једна компонента прикључена на извор напајања! Не само то ће научити ученике како правилно и сигурно поставити АЦ кругове, али ће их такође научити како мерити капацитивност и индуктивност без специјализоване опреме за тестирање.

Напомена о реактивним компонентама: користите висококвалитетне кондензаторе и индукторе и покушајте користити ниске фреквенције за напајање. Мала трансформаторска трансформаторска постројења добро напредују за индукторима (најмање два индуктора у једном пакету!), Све док је напон који се примјењује на било који трансформаторски намотај мањи од назначеног напона трансформатора за то намотавање (како би се избјегло засићење језгре ).

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 2

Као опште правило, кондензатори се супротстављају промјенама ( изаберите: или), и они то чине. . . (доврши реченицу).

На основу овог правила, утврдите како би кондензатор реаговао на константни АЦ напон који повећава фреквенцију. Да ли би кондензатор пролазио мање или више струје, с обзиром на већу фреквенцију? Објасните свој одговор.

Открити одговор Сакриј одговор

Као опште правило, кондензатори се супротстављају промјенама и то раде стварањем струје.

Кондензатор ће проћи већу количину АЦ струје, с обзиром на исти АЦ напон, на већој фреквенцији.

Напомене:

Ово питање је вежба у квалитативном размишљању: повезивање стопа промене са другим променљивим, без употребе нумеричких количина. Опште правило наведено овде је веома, веома важно за ученике да савладају и могу се пријавити за различите околности. Ако не науче ништа о кондензаторима, осим овог правила, они ће моћи да схвате функцију великог броја кондензаторских кола.

Питање 3


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Знамо да је формула која се односи на тренутни напон и струју у кондензатору ово:

и = Ц де


дт

Знајући то, одредите у којим тачкама на овом плочастом плочастом плоту за напон кондензатора кондензаторска струја једнака нули, и гдје је струја на позитивним и негативним врховима. Затим повежите ове тачке да бисте нацртали таласни облик кондензаторске струје:

Колико фазног помака (у степенима) постоји између напонских и струјних таласних облика "# 3"> Открити одговор Сакри одговор

За кондензатор, напон је заостајан и струја воде, помоћу фазног помака од 90 о .

Напомене:

Ово питање је одлична примена концепта рачунања деривата : повезивање једне функције (тренутна струја, и) са тренутном брзином промјене друге функције (напон, (де / дт)).

Питање 4

Требало је да знате да је кондензатор формиран од стране две проводне плоче одвојених од електрично изолационог материјала. Као такав, не постоји "охмицна" путања за електроне која тече између плоча. То може бити оправдано мерењем охмметра, што нам говори да кондензатор има (готово) бесконтактни отпор када се напуни до пуног излазног напона охмметра.

Објасните тада, како је кондензатор у стању да континуирано пролази наизменичну струју, иако не може континуирано пролазити ДЦ.

Открити одговор Сакриј одговор

Допустићу вам да то схватите сами!

Напомене:

Ова карактеристика кондензатора је изузетно корисна у електронском колу. Ваши ученици ће наћи многе апликације касније у својим студијама!

Питање 5

Да ли се кондензаторово супротстављање измењивој струји повећава или смањује с обзиром да се фреквенција те струје повећава "# 5"> Ревеал ансвер Хиде ансвер

Опозиција АЦ струја ("реактанца") кондензатора се смањује с повећањем фреквенције. Ову опозицију називамо "реактанцијом", а не "отпором", јер је у природи недисперзивна. Другим ријечима, реактанца не изазива напајање да напусти круг.

Напомене:

Замолите ученике да дефинишу однос између реактансе кондензатора и фреквенције као "директно пропорционално" или "обратно пропорционално". Ово су две фразе које се често користе у науци и инжењерству како би се описало да ли се једна количина повећава или смањује, док се друга количина повећава. Ваши ученици дефинитивно морају бити упознати са обе ове фразе и бити у могућности да их тумаче и користе у својим техничким разговорима.

Такође, у овом контексту размотрите значење речи "не-дисипатив". Како можемо доказати да је опозиција на струју изражена од стране кондензатора недиспаративна? Шта би био крајњи тест овога?

Питање 6

Да ли ће струја кроз отпорник порасти или смањити како се кондензаторске плоче приближавају заједно?

Објасните зашто се то деси, с обзиром на капацитивну реактанцу (Кс Ц ).

Открити одговор Сакриј одговор

Струја ће се повећати .

Следеће питање: комбиновати физичку једначину капацитета и капацитивну реакциону једначину заједно да формирају нову једначину која решава реактансу (Кс Ц ) с обзиром на све физичке спецификације кондензатора (површина плоче, размак и пропорционалност) и примењене фреквенције :

Ц = εА


д

Кс Ц = 1


2 πф Ц

Напомене:

Студенти би могли да погоде тачан одговор чак и ако не знају ништа о капацитивној реактанси, само претпостављајући да су ближе плоче знатно потпуније коло. Прави одговор је сложенији од овога, и то је оно што морате извући из разговора с њима.

Питање 7

Претпоставимо да вам је неко тражио да разликују електричну реактанцу (Кс) од електричног отпора (Р). Како бисте разликовали ова два слична концепта једни од других, користећи сопствене речи "# 7"> Открити одговор Сакриј одговор

Стварно је важно да ово концепцију поставите сопственим ријечима, па будите сигурни да ћете с инструктором проверити тачност вашег одговора на ово питање! Да бих вам пружио место за почетак, нудим вам ову разлику: отпорност је електрично трење, а реактанција је складиштење електричне енергије . У основи, разлика између Кс и Р је питање енергетске размјене, и најпримерније се схвата у тим терминима.

Напомене:

Ово је изврсна тачка унакрсности са студентским студијама у елементарној физици, ако сада проучавају физику или су проучавали физику у прошлости. Акције чувања енергије индуктора и кондензатора су сасвим аналогне акцијама штедње енергије масе и опруга (респективно, ако повезујете брзину са струјом и силом уз напон). У истој вени, отпор је аналоган кинетичком трењу између покретног објекта и стационарне површине. Паралеле су толико тачне, заправо, да су електрична својства Р, Л и Ц експлоатисана за моделирање механичких система трења, масе и отпорности у колима познатим као аналогни рачунари .

Питање 8

Кондензатор оцењен на 2.2 микрофарадова подвргнут је синусоидном АЦ напону од 24 волта РМС, са фреквенцијом од 60 Хз. Напишите формулу за израчунавање капацитивне реактансе (Кс Ц ) и ријешите струју кроз кондензатор.

Открити одговор Сакриј одговор

Кс Ц = 1


2 πф Ц

Струја кроз овај кондензатор је 19, 91 мА РМС.

Напомене:

Стално сам утврдио да је квалитативно (веће од, мање или једнако) анализа много теже за ученике да изводе него квантитативне (ударају бројеве на калкулатор) анализу. Па ипак, доследно сам пронашао на послу да људи који немају квалитативне вештине чине више "смешне" квантитативне грешке јер не могу да процене своје процене проценом.

С обзиром на то, увек оспоравам своје ученике да квалитативно анализирају формуле када их први пут упознају. Питајте своје ученике да идентификују шта ће се десити са једним изразом једначине ако би се други израз повећао или смањио (изаберете смер промјене). Користите симбол стрелице горе и доље ако је потребно за графички приказ ових промена. Ваши студенти ће у великој мјери имати користи од свог концептуалног разумијевања примјењене математике из ове врсте праксе!

Питање 9

На којој фреквенцији 33 μФ кондензатор има 20 Ω реактансе? Напишите формулу за решавање овог проблема, поред израчунавања фреквенције.

Открити одговор Сакриј одговор

ф = 241, 1 Хз

Напомене:

Обавезно питајте своје ученике да демонстрирају алгебарску манипулацију првобитне формуле, дајући одговор на ово питање. Алгебарска манипулација једначинама је веома важна вјештина коју треба имати, а то долази само студијом и праксом.

Питање 10

Објасните све кораке потребне за израчунавање количине струје у овом капацитивном АЦ склопу:

Открити одговор Сакриј одговор

И = 22, 6 мА

Напомене:

Струја није тешко израчунати, па очигледно најважнији аспект овог питања није математика. Пре свега, то је поступак калкулације: шта прво, друго, треће, итд. Да добијете коначан одговор.

Питање 11

У ДЦ колу имамо Охмов закон који повезује напон, струју и отпор заједно:

Е = ИР

У АЦ круговима слично је потребна формула за повезивање напона, струје и импедансе заједно. Напишите три једначине, један за сваки од ове три варијабле: скуп формата Охм'с Лав за АЦ кругове. Будите спремни показати како можете користити алгебру за манипулацију једне од ових једначина у друге две форме.

Открити одговор Сакриј одговор

Е = ИЗ

И = Е


З

З = Е


Ја

Ако користите количине фазора (сложени бројеви) за напон, струју и импеданцију, одговарајући начин писања ових једначина је следећи:

Е = ИЗ

И = Е


З

З = Е


Ја

Болд-фацед типе је уобичајени начин означавања векторских количина у математици.

Напомене:

Иако употреба фазорних количина за напон, струју и импеданцију у облику АЦ Охмовог закона даје одређене посебне предности у односу на скаларне прорачуне, то не значи да не можете користити скаларне количине. Често је погодно изразити АЦ напон, струју или импеданцију као једноставан скаларни број.

Питање 12

Често је неопходно представити количине кола АЦ као комплексне бројеве, а не као скаларне бројеве, јер су и магнитуде и фазни угао неопходни за разматрање у одређеним прорачунима.

Када представљају напон и струју у поларној форми, дати угао се односи на фазно померање између наведеног напона или струје и "референтног" напона или струје на истој фреквенцији негде другде у кругу. Дакле, напон од 3.5 В ∠-45 о значи напон од 3.5 волта, фазно помјерен за 45 степени иза (заостаја) референтни напон (или струја), који је дефинисан да буде под углом од 0 степени.

Али шта је са импеданцијом (З) "# 12"> Открити одговор Сакриј одговор

З Ц = 15, 92 кΩ ∠ -90 о

Напомене:

Ово је изазовно питање, јер од студената тражи да одбрани примену фазних углова на врсту квантитета која заиста не поседује облик таласа као што су АЦ напони и струје. Концептуално, ово је тешко схватити. Међутим, одговор је сасвим јасан кроз прорачун закона Охм (З = Е / И ).

Иако је природно доделити фазни угао од 0 о до напајања 48 волти, што је чини референтним таласним обликом, то заправо није потребно. Радите кроз ову обрачуну са својим ученицима, узимајући различите углове за напон у сваком случају. Требало би утврдити да импеданција рачуна сваки дан.

Питање 13

Објасните како можете израчунати капацитивну вредност кондензатора (у јединицама Фарадса), мерењем АЦ напона, АЦ струје и фреквенције у кругу ове конфигурације:

Напишите јединствену реакцију формула за капацитивност узимајући ове три вредности (В, И, и ф).

Открити одговор Сакриј одговор

Ц = Ја


2 πф В

Напомене:

Питајте своје ученике да покажу како су стигли у формулу за израчунавање Ц. Алгебра није тешка, али је потребна нека замјена.

Питање 14

Техничар мјери напон преко терминала спаљеног електромагнетног вентила, како би се проверио присуство опасног напона прије него што се додирне жичане везе. Аутоматски осигурач за овај соленоид је искључен и осигуран са бравом, али технички дигитални волтметар и даље региструје око три и пол волта АЦ преко соленоидних терминала!

Сада, три и по волти АЦ није довољно напона да би се нанијела било каква штета, али његово присуство збуњује и брине техничара. Не би требало да буде 0 волти, а прекидач је искључен "# 14"> Открит одговор Сакриј одговор

Капацитет капацитета између отворених контаката прекидача омогућава високу импедансу за АЦ напон да достигне волтметарске тест проводнике.

Следеће питање: док је измерени напон у овом случају знатно испод општег прага индустрије за опасност од удара (30 волти), нешто другачији сценарио могао би резултирати много већим "фантомским" мерењем напона. Да ли напон капацитета са таквом снагом може представљати сигурносну опасност? Зашто или зашто не?

Питање изазова: да ли је техничар у стању да препозна да ли је 3, 51 волти мерен волтметром "стваран"? Другим речима, шта ако овај мали напон није резултат залутања капацитета преко контаката прекидача, већ неки други извор АЦ који може да испоручи значајну струју? Како техничар може утврдити да ли 3, 51 волти може да набави значајне количине струје или не?

Напомене:

Не могу вам рећи колико пута сам наишао на овај феномен: "фантом" АЦ напоне регистроване од стране ДММ-а са високом импедансом у колима, које би требало да буду "мртве". Индустријски електричари често користе другачији инструмент за проверу присуства опасног напона, сурови уређај познат као "Вигги".

Питање 15

Аудио слушалице праве веома осетљиве детекторе напона за АЦ сигнале у опсегу аудио фреквенција. Ипак, мали звучници унутар слушалица лако се оштете применом ДЦ напона.

Објасните како се кондензатор може користити као "филтрирање" уређаја како би омогућио АЦ сигнале до два слушалица, али блокира било који примијењен ДЦ напон, како би се спријечило случајно оштећење слушалица док их користите као електрични инструмент.

Кључ да разумијете како одговорити на ово питање је да препознаш шта се кондензатор "појављује као" на АЦ сигнале у односу на ДЦ сигнале.

Открити одговор Сакриј одговор

Повежите кондензатор у серији са звучницима за слушалице.

Напомене:

Ја високо препоручујем студентима да направе коло за изолацију трансформатора ако намеравају да користе пар аудио слушалица као тест уређај (погледајте број датотеке упитника 00983 за комплетан шематски дијаграм).

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →