AC Waveforms

AC Waveform analysis (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

AC Waveforms

AC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Radiobølger består af oscillerende elektriske og magnetiske felter, som udstråler væk fra kilder til højfrekvent AC ved (næsten) lysets hastighed. Et vigtigt mål for en radiobølge er dens bølgelængde, defineret som den afstand, bølgen bevæger sig i en komplet cyklus.

Antag en radiosender arbejder med en fast frekvens på 950 kHz. Beregn den omtrentlige bølgelængde (λ) af radiobølgerne, der kommer fra transmittertårnet, i måleafstandenheden for målere. Skriv også ligningen du brugte til at løse for λ.

Reveal svar Skjul svar

λ ≈ 316 meter

Jeg vil lade dig finde ligningen på egen hånd!

Bemærkninger:

Jeg forsætligt udelade lysets hastighed såvel som tid / afstand / hastighedsligningen, så eleverne bliver nødt til at lave nogle enkle undersøgelser, der beregner denne værdi. Ingen af ​​disse begreber er ud over high school-niveau science studerende, og bør ikke stille nogen problemer overhovedet for college-niveau studerende at finde på egen hånd.

Spørgsmål 2

Hvad er forskellen mellem DC og AC elektricitet? # 2 "> Reveal svar Skjul svar

DC er en akronym, der betyder Direct Current : det vil sige elektrisk strøm, der kun bevæger sig i en retning. AC er en akronym, der betyder vekselstrøm : det vil sige elektrisk strøm, der regelmæssigt vender retning ("alternativer").

Elektrokemiske batterier genererer DC, ligesom solceller. Mikrofoner genererer AC, når der registreres lydbølger (vibrationer af luftmolekyler). Der er mange, mange andre kilder til DC og AC elektricitet end det jeg har nævnt her!

Bemærkninger:

Diskuter lidt af AC-DC's historie i tidlige strømsystemer. I de tidlige dage af elkraft i USA var der en opvarmet debat mellem brugen af ​​DC mod AC. Thomas Edison kæmpede for DC, mens George Westinghouse og Nikola Tesla fortalte AC.

Det kan være værd at nævne, at næsten al elkraft i verden genereres og distribueres som AC (vekselstrøm), og ikke som DC (med andre ord, Thomas Edison tabte AC / DC kamp!). Afhængigt af niveauet af den klasse, du underviser, kan det være en god tid at forklare, hvorfor de fleste strømforsyningssystemer bruger AC. Uanset hvad vil dine elever sandsynligvis spørge hvorfor, så du bør være parat til at behandle dette spørgsmål på en eller anden måde (eller få dem til at rapportere deres egne resultater!).

Spørgsmål 3

Vekselstrøm produceret af elektromekaniske generatorer (eller alternatorer som de undertiden betegnes) følger typisk et sinusbølge mønster over tid. Plot en sinusbølge på den følgende graf ved at spore højden af ​​en roterende vektor inde i cirklen til venstre for grafen:

For at illustrere princippet her vil jeg vise, hvordan punktet er tegnet for en rotation på 45 o :

Du kan ønske at bruge en grader til præcist at markere vinklerne langs cirkelens rotation, ved at lave din sinusbølge-plot.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

For mange studerende kan det være første gang, de indser, at trigonometrifunktioner har noget at gøre med elektricitet! Denne spænding og strøm i et vekselstrømskredsløb kan variere i henhold til en matematisk funktion, der er tilgængelig i deres regnemaskiner, noget af en åbenbaring. Vær rede til at diskutere, hvorfor roterende elektromagnetiske maskiner naturligt producerer sådanne bølgeformer. Opmuntre eleverne til at gøre den kognitive forbindelse mellem den uafhængige variabel af en sinusfunktion (vinkel udtrykt i enheder af grader i dette spørgsmål) til faktisk akselrotation i en reel generator.

Spørgsmål 4

Anvend følgende udtryk til denne graf for en AC-spænding målt over tid:

Frekvens
Periode
Hertz
Amplitude

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Som altid er det mere vigtigt at kunne anvende et udtryk til et virkelighedseksempel end det er at huske en definition for dette udtryk. I min erfaring foretrækker mange elever at huske definitioner for udtryk snarere end at gå gennem problemerne med at forstå, hvordan disse vilkår gælder for det virkelige liv. Sørg for, at eleverne er klar over, hvordan og hvorfor disse AC-vilkår gælder for en bølgeform som denne.

Spørgsmål 5

Frekvensen blev udtrykt i enheder af cyklusser pr. Sekund, forkortet som CPS . Nu er den standardiserede enhed Hertz . Forklar betydningen af ​​den forældede frekvensenhed: Hvad betyder det præcist for en AC-spænding eller strøm at have x antal "cykler per sekund" # 5 "> Reveal svar Skjul svar

Hver gang en vekselstrøm spændes eller strømmen gentages, kaldes dette interval en cyklus . Frekvens, idet den hastighed, hvor en vekselstrømspænding eller -strøm gentager sig over tid, kan repræsenteres i cykler (gentagelser) pr. Sekund.

Bemærkninger:

Opmuntre dine elever til at diskutere oprindelsen af ​​den nye enhed (Hertz), og hvordan den faktisk kommunikerer mindre information om den ting, der måles end den gamle enhed (CPS).

Spørgsmål 6

Hvis en vekselstrømsspænding har en frekvens på 350 Hz, hvor lang tid (tid) er dens periode?

Reveal svar Skjul svar

Periode = 2.8571 millisekunder

Bemærkninger:

Det er vigtigt for elever at realisere det gensidige forhold mellem frekvens og periode. Den ene er cykler per sekund, mens den anden er sekunder pr. Cyklus .

Spørgsmål 7

Hvis det eneste instrument du havde i din besiddelse til at registrere AC-spændingssignaler, var en lydhøjttaler, hvordan kunne du bruge den til at bestemme hvilken af ​​to vekselstrømsspændingsbølgeformer der har den største periode?

Reveal svar Skjul svar

Hvis du tilslutter højttaleren til hver enkelt vekselstrømskilde, en ad gangen, vil der resultere i to forskellige lydtoner, der udføres af højttaleren. Uanset hvilken tone der er lavere i tonehøjde er bølgeformen med den største periode.

Bemærkninger:

En lydhøjttaler er et fremragende instrument til brug ved undervisning i AC teori, fordi det gør brug af en menneskelig forstand, at de fleste instrumenter ikke gør det. Jeg har konstrueret et simpelt hovedtelefonbaseret lytteinstrument til eget laboratoriebrug, og har fundet det uvurderligt, især i mangel af et oscilloskop. Der er så meget, at det trænede øre kan skelne om en AC-bølgeform baseret på volumen og tone!

Spørgsmål 8

Bestem frekvensen af ​​en bølgeform med en periode på 1, 4 millisekunder (1, 4 ms).

Reveal svar Skjul svar

f = 714, 29 Hz

Bemærkninger:

Det er vigtigt for elever at realisere det gensidige forhold mellem frekvens og periode. Den ene er cykler per sekund, mens den anden er sekunder pr. Cyklus .

Spørgsmål 9

Vekselstrøm produceret af elektromekaniske generatorer (eller alternatorer som de undertiden betegnes) følger typisk et sinusbølge mønster over tid. Ved hjælp af en regnemaskine eller et sæt "trig tabeller", plot en sinusbølge på følgende graf:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

For mange studerende kan det være første gang, de indser, at trigonometrifunktioner har noget at gøre med elektricitet! Denne spænding og strøm i et vekselstrømskredsløb kan variere i henhold til en matematisk funktion, der er tilgængelig i deres regnemaskiner, noget af en åbenbaring. Vær rede til at diskutere, hvorfor roterende elektromagnetiske maskiner naturligt producerer sådanne bølgeformer. Opmuntre eleverne til at gøre den kognitive forbindelse mellem den uafhængige variabel af en sinusfunktion (vinkel udtrykt i enheder af grader i dette spørgsmål) til faktisk akselrotation i en reel generator.

Spørgsmål 10

Definer følgende vilkår:

Frekvens
Bølgelængde
Cyklus
Hertz
Amplitude
Reveal svar Skjul svar

Disse udtryk er meget nemme at finde definitioner for, fra en lang række forskellige kilder. Jeg vil lade dig opdage, hvad de betyder for dig selv!

Bemærkninger:

Enheden "Hertz" er et eksempel på, hvordan en implicit defineret label som "cycles per second" (CPS) kom til at blive erstattet af en, der slet ikke har nogen objektiv betydning. I lighed med hvordan "Celsius" erstattede "Centigrade" som det officielle metriske navn for en temperaturmåleenhed. Undskyld mig for at træde på min sæbeboks her, men ændringer som disse irriterer mig virkelig.

Det er vigtigt at forstå, at disse vilkår gælder for ikke-elektriske fænomener såvel som elektriske. Den brede anvendelighed af sådanne udtryk muliggør lettere forståelse. Bed dine elever om at give almindelige eksempler på disse vilkår i hverdagen. Tip: Musik er en glimrende kontekst til dette spørgsmål!

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →