Reacție inductivă

COCA COLA vs ALCOOL, LAPTE, ULEI și OȚET - Ce reacție are ? (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Reacție inductivă

AC Circuite electrice


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Cu atenție măsurați și înregistrați toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii și curentului.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Pentru circuitele de curent alternativ în care reactanțele inductive și capacitive (impedanțe) sunt un element semnificativ în calcule, recomandăm inductori și condensatori de înaltă calitate (high-Q) și alimentarea circuitelor cu tensiune joasă (frecvența liniei electrice funcționează bine) efecte parazitare. Dacă sunteți într-un buget restrâns, am constatat că tastatura electronică ieftină servesc drept "generatoare de funcții" pentru producerea unei game largi de semnale de frecvență audio-frecvență. Asigurați-vă că alegeți o tastatură "voce" care imită îndeosebi un val sinusoidal (vocea "panflute" este de obicei bună), dacă formele de undă sinusoidale reprezintă o ipoteză importantă în calculele dvs.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului. Vă recomand valori rezistor între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O modalitate excelentă de a introduce studenții la analiza matematică a circuitelor reale este să le determinăm mai întâi să determinăm valorile componentelor (L și C) din măsurătorile de tensiune și curent AC. Cel mai simplu circuit, desigur, este o singură componentă conectată la o sursă de alimentare! Nu numai că aceasta va învăța pe elevi cum să înființeze circuitele de curent alternativ în mod corespunzător și sigur, dar le va învăța cum să măsoare capacitatea și inductivitatea fără echipamentul de testare specializat.

Notă privind componentele reactive: utilizați condensatoare și inductori de înaltă calitate și încercați să utilizați frecvențe joase pentru alimentarea cu energie electrică. Transformatoarele de putere mici în trepte funcționează bine pentru inductori (cel puțin doi inductori într-un singur pachet!), Atâta timp cât tensiunea aplicată la orice bobina transformatorului este mai mică decât tensiunea nominală a transformatorului pentru această înfășurare (pentru a evita saturarea miezului ).

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Să presupunem că cineva ar trebui să vă ceară diferențierea reactanței electrice (X) de rezistența electrică (R). Cum ați face distincția între aceste două concepte similare unul de celălalt, folosind propriile cuvinte?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Este foarte important pentru dvs. să înfruntați acest concept în propriile cuvinte, așa că asigurați-vă că ați verificat cu instructorul dvs. cu privire la exactitatea răspunsului la această întrebare! Pentru a vă oferi un loc pentru a începe, vă ofer această distincție: rezistența este frecarea electrică, în timp ce reactanța este stocarea energiei electrice. În mod fundamental, diferența dintre X și R este o chestiune de schimb de energie și se înțelege cel mai exact în acești termeni.

Note:

Acesta este un punct excelent de încrucișare cu studiile studenților în fizica elementară, dacă studiază fizica acum sau au studiat fizica în trecut. Acțiunile de stocare a energiei inductoarelor și condensatoarelor sunt destul de asemănătoare cu acțiunile de stocare a energiei maselor și izvoarelor (respectiv, dacă asociați viteza cu curentul și forța cu tensiunea). În același sens, rezistența este analogă cu frecare cinetică dintre un obiect în mișcare și o suprafață staționară. Paralelele sunt atât de precise încât proprietățile electrice ale lui R, L și C au fost exploatate pentru a modela sistemele mecanice de frecare, masă și rezistență în circuite cunoscute ca calculatoare analogice .

Întrebarea 3

Ca regulă generală, inductoarele se opun schimbării în ( alegeți: sau) și fac acest lucru prin. . . (completa propozitia).

Pe baza acestei reguli, determinați modul în care o bobină ar reacționa la un curent constant AC care crește în frecvență. Ar fi un inductor picătură mai mult sau mai puțin de tensiune, având în vedere o frecvență mai mare? Explică-ți răspunsul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ca regulă generală, inductorii se opun schimbării, și o fac prin producerea unei tensiuni.

Un inductor va scădea o cantitate mai mare de tensiune AC, având același curent AC, la o frecvență mai mare.

Note:

Această întrebare este un exercițiu în gândirea calitativă: ratele de schimbare aferente altor variabile, fără utilizarea unor cantități numerice. Regula generală menționată aici este foarte, foarte importantă pentru studenți de a stăpâni și a putea să se aplice într-o varietate de circumstanțe. Dacă nu învață nimic despre inductoare, cu excepția acestei reguli, ei vor putea să înțeleagă funcția multor circuite inductoare.

Întrebarea 4


∫f (x) dx Alertă de calcul!


Știm că formula referitoare la tensiunea și curentul instantaneu într-o inductanță este următoarea:

e = L di


dt

Cunoscând acest lucru, determinați în ce puncte de pe acest plan sinusoidal pentru curentul inductor este tensiunea inductorului egală cu zero și unde tensiunea este la vârfurile sale pozitive și negative. Apoi, conectați aceste puncte pentru a desena forma de undă pentru tensiunea inductorului:

Cât de mult se schimbă faza (în grade) între formele de undă de tensiune și curent "# 4"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Pentru o inductanță, tensiunea este în frunte, iar curentul este întârziat, printr-o schimbare de fază de 90 o .

Note:

Această întrebare este o aplicație excelentă a conceptului de calcul al derivatului : relaționarea unei funcții (tensiune instantanee, e) cu rata de schimbare instantanee a unei alte funcții (curent, (di / dt)).

Întrebarea 5

Are opoziția inductorului la creșterea curentului alternativ sau la descreștere pe măsură ce frecvența acelui curent crește "# 5"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Opoziția la curentul de curent alternativ ("reactanță") a unui inductor crește ca frecvență crește. Ne referim la această opoziție ca la "reacție", mai degrabă decât la "rezistență", deoarece ea nu are caracter disipativ. Cu alte cuvinte, reactanța nu cauzează nicio putere de a părăsi circuitul.

Note:

Cereți elevilor să definească relația dintre reactanța inductorului și frecvența ca fiind "direct proporțională" sau "invers proporțională". Acestea sunt două fraze utilizate frecvent în știință și inginerie pentru a descrie dacă o cantitate crește sau scade, pe măsură ce o altă cantitate crește. Studenții dvs. trebuie să cunoască cu siguranță aceste două fraze și să le poată interpreta și folosi în discuțiile lor tehnice.

De asemenea, discutați în acest context sensul cuvântului "non-disipativ". Cum am putea dovedi că opoziția față de curent exprimată de un inductor nu este disipativă? Care ar fi ultimul test al acestui lucru?

Întrebarea 6

Ce se va întâmpla cu luminozitatea becului, deoarece miezul de fier se îndepărtează de bobină în acest circuit? Explicați de ce se întâmplă acest lucru.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Becul va străluci mai strălucitor atunci când miezul de fier se îndepărtează de bobină, datorită modificării reactanței inductive (X L ).

Următoarea întrebare: ce eșec (e) al circuitului ar putea cauza ca becul să se aprindă mai strălucitor decât ar trebui "notele ascunse"> Note:

O direcție pe care ați putea dori să o conduceți cu această întrebare este modul în care puterea AC poate fi controlată folosind acest principiu. Controlul puterii de curent alternativ cu reactanță variabilă are un avantaj clar față de controlul puterii de curent alternativ cu o rezistență variabilă: mai puțină energie pierdută sub formă de căldură.

Întrebarea 7

Un inductor la 4 Henrys este supus unei tensiuni sinusoidale AC de 24 V RMS, la o frecvență de 60 Hz. Scrieți formula pentru calcularea reactanței inductive (X L ) și rezolvați curentul prin inductor.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

X L = 2 πf L

Curentul prin această inductanță este de 15, 92 mA RMS.

Note:

Am constatat în mod constant că analiza calitativă (mai mare decât, mai puțin sau egală) este mult mai dificilă pentru studenți decât pentru analiza cantitativă (punerea cifrelor pe calculator). Cu toate acestea, am găsit în mod constant la locul de muncă că persoanele care nu au calități calitative fac mai multe erori cantitative "prostești" deoarece nu pot valida calculele prin estimare.

În lumina acestui fapt, îi provoc pe elevii mei să analizeze calitativ formulele când le sunt prezentate pentru prima dată. Cereți elevilor dvs. să identifice ce se va întâmpla cu un termen al unei ecuații dacă alt termen ar fi fie să crească, fie să scadă (alegeți direcția schimbării). Utilizați simbolurile săgeată sus și jos, dacă este necesar, pentru a comunica grafic aceste modificări. Elevii dvs. vor beneficia în mare măsură în înțelegerea conceptuală a matematicii aplicate din acest tip de practică!

Întrebarea 8

La ce frecvență are un inductor de 350 mH o rezistență de 4, 7 kΩ? Scrieți formula pentru rezolvarea acestei situații, pe lângă calcularea frecvenței.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

f = 2, 137 kHz

Note:

Asigurați-vă că îi cereți elevilor să demonstreze manipularea algebrică a formulei originale, oferind răspunsul la această întrebare. Modelarea algebrică a ecuațiilor este o abilitate foarte importantă de a avea și vine doar prin studiu și practică.

Întrebarea 9

Câtă inductanță ar trebui să aibă o inductanță pentru a furniza 540 Ω de reactanță la o frecvență de 400 Hz? Scrieți formula pentru rezolvarea acestei situații, pe lângă calcularea frecvenței.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

L = 214, 9 mH

Note:

Asigurați-vă că îi cereți elevilor să demonstreze manipularea algebrică a formulei originale, oferind răspunsul la această întrebare. Modelarea algebrică a ecuațiilor este o abilitate foarte importantă de a avea și vine doar prin studiu și practică.

Întrebarea 10

Explicați toți pașii necesari pentru a calcula cantitatea de curent în acest circuit inductiv AC:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I = 15, 6 mA

Note:

Actualul nu este greu de calculat, astfel încât evident cel mai important aspect al acestei întrebări nu este matematica. Mai degrabă, este procedura de calcul: ce trebuie făcut primul, al doilea, al treilea, etc., în obținerea răspunsului final.

Întrebarea 11

O supapă electromagnetică este un dispozitiv de închidere mecanică acționat de electricitate. O bobină de electromagnet produce o forță atractivă pe o "armatură" de fier care apoi deschide sau închide un mecanism de supapă pentru a controla curgerea unui anumit fluid. Se prezintă aici două tipuri diferite de ilustrații, ambele prezentând o supapă solenoidală:

Unele supape electromagnetice sunt construite astfel încât ansamblul bobinelor să poată fi îndepărtat de pe corpul supapei, separând aceste două piese astfel încât lucrările de întreținere să poată fi efectuate pe una fără a interfera cu cealaltă. Desigur, acest lucru înseamnă că mecanismul de supapă nu va mai fi acționat de câmpul magnetic, dar cel puțin o piesă poate fi prelucrată fără a fi nevoie să scoateți cealaltă piesă din orice ar putea fi conectată la:

Acest lucru se face în mod obișnuit atunci când este necesară înlocuirea mecanismului supapei. În primul rând, bobina este ridicată de pe mecanismul supapei, apoi tehnicianul de întreținere este liber să scoată corpul supapei din țevi și să îl înlocuiască cu un nou corp de supapă. În cele din urmă, bobina este re-instalată pe noul corp al supapei, iar solenoidul este din nou pregătit pentru funcționare, toate fără a fi nevoie să deconectați electric bobina de la sursa de alimentare.

Cu toate acestea, dacă acest lucru se realizează în timp ce bobina este alimentată, se va supraîncălzi și arde în doar câteva minute. Pentru a împiedica acest lucru, tehnicienii de întreținere au învățat să introducă o șurubelniță de oțel prin orificiul central al bobinei în timp ce este scos din corpul supapei, cum ar fi:

Cu tija de șurubelniță din oțel, care înlocuiește armătura de fier în interiorul corpului supapei, bobina nu se va supraîncălzi și arde, chiar dacă este alimentată continuu. Explicați natura problemei (de ce bobina are tendința de a arde atunci când este separată de corpul supapei) și, de asemenea, de ce o șurubelniță pusă în locul armăturii de fier funcționează pentru a împiedica acest lucru să se întâmple.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cu armătura de fier care nu mai este în centrul bobinei solenoid, inductivitatea bobinei - și, prin urmare, reactanța sa inductivă la AC - diminuează dramatic dacă armătura nu este înlocuită de altceva feromagnetic.

Note:

Când am văzut prima dată această practică în acțiune, aproape că am căzut în râs. Este atât practic cât și ingenioasă, fiind un excelent exemplu de inductanță variabilă (și reactanță inductivă) care rezultă din reluarea variabilă.

Întrebarea 12

Atunci când alimentarea cu curent alternativ este inițial aplicată unui motor electric (înainte ca arborele motorului să aibă posibilitatea de a începe deplasarea), motorul "apare" sursei de alimentare ca fiind o inductoră mare:

Dacă tensiunea sursei de curent alternativ de 60 Hz este de 480 V RMS și motorul trage inițial 75 A RMS când întrerupătorul cu aruncare unică cu două poli închide, cât de multă inductanță (L) trebuie să aibă înfășurările motorului "# 12"> Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

X L = 16, 98 mH

Note:

În realitate, rezistența la înfășurarea motorului joacă un rol important în acest tip de calcul, dar am simplificat lucrurile doar pentru a oferi studenților un context practic pentru cunoștințele lor introductive privind reactanța inductivă.

Întrebarea 13

În analizarea circuitelor cu inductori, luăm adesea luxul de asumare a inductorilor constituenți pentru a fi perfecți; adică, pur inductiv, fără proprietăți "rătăcite" cum ar fi rezistența la înfășurare sau capacitatea inter-înfășurării.

Viața reală nu este atât de generoasă. Cu inductori reali, trebuie să luăm în considerare acești factori. O măsură folosită adesea pentru a exprima "puritatea" unui inductor este așa numitul rating Q sau factor de calitate .

Scrieți formula pentru calcularea factorului de calitate (Q) al unei bobine și descrieți câțiva dintre parametrii operaționali care pot afecta acest număr.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Q coil = X L


R

Note:

Studenții ar trebui să poată înțelege imediat că Q nu este o proprietate statică a unui inductor. Lăsați-i să explice ce face Q variază, pe baza cunoștințelor lor de reactanță inductivă.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →