Induktiv reaktion

Elektrophile aromatische Substitution (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Induktiv reaktion

AC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbsopbygningen.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle spændings- og strømværdier.
  6. Mål forsigtigt alle spændinger og strømme for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

For AC-kredsløb, hvor induktive og kapacitive reaktanser (impedanser) er et væsentligt element i beregningerne, anbefaler jeg højkvalitets (høj-Q) induktorer og kondensatorer, og strømforsyningen sker med lavfrekvensspænding (strømforsyningsfrekvens fungerer godt) for at minimere parasitiske virkninger. Hvis du har et begrænset budget, har jeg fundet ud af, at billige elektroniske musikalske tastaturer fungerer som "funktionsgeneratorer" til fremstilling af en bred vifte af audiofrekvens-AC-signaler. Vær sikker på at vælge et tastatur "stemme", som nøje efterligner en sinusbølge ("panflute" -stemmen er typisk god), hvis sinusformede bølgeformer er en vigtig antagelse i dine beregninger.

Som sædvanlig, undgå meget høje og meget lave modstand værdier, for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading". Jeg anbefaler modstandsværdier mellem 1 kΩ og 100 kΩ.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En fremragende måde at introducere studerende på den matematiske analyse af virkelige kredsløb er at få dem til først at bestemme komponentværdier (L og C) fra målinger af vekselstrøm og strøm. Det enkleste kredsløb er selvfølgelig en enkelt komponent tilsluttet en strømkilde! Ikke alene vil dette lære eleverne, hvordan man opretter AC-kredsløb korrekt og sikkert, men det vil også lære dem at måle kapacitans og induktans uden specialiseret testudstyr.

En note om reaktive komponenter: Brug kondensatorer og induktorer af høj kvalitet, og forsøg at bruge lave frekvenser til strømforsyningen. Små nedstrømstransformatorer fungerer godt for induktorer (mindst to induktorer i en pakke!), Så længe spændingen på enhver transformatorvikling er mindre end den pågældende transformators nominelle spænding for denne vikling (for at undgå mætning af kernen ).

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

Antag at nogen skulle bede dig om at differentiere elektrisk reaktans (X) fra elektrisk modstand (R). Hvordan ville du skelne disse to lignende begreber fra hinanden ved hjælp af dine egne ord?

Reveal svar Skjul svar

Det er virkelig vigtigt for dig at ramme dette koncept i dine egne ord, så sørg for at tjekke med din instruktør om rigtigheden af ​​dit svar på dette spørgsmål! For at give dig et sted at starte, tilbyder jeg denne sondring: Modstand er elektrisk friktion, mens reaktans er elektrisk energilagring . Fundamentalt er forskellen mellem X og R et spørgsmål om energiudveksling, og det forstås mest præcist i disse termer.

Bemærkninger:

Dette er et glimrende krydsningspunkt med dine elevernes studier i elementær fysik, hvis de studerer fysik nu eller har studeret fysik i fortiden. Energilagringsaktionerne for induktorer og kondensatorer er ret analoge med energibesparende handlinger af masser og fjedre (henholdsvis hvis du forbinder hastighed med strøm og kraft med spænding). I samme vene er modstanden analog med kinetisk friktion mellem et bevægeligt objekt og en stationær overflade. Parallellerne er så præcise, at de elektriske egenskaber af R, L og C er blevet udnyttet til at modellere mekaniske systemer med friktion, masse og modstandsdygtighed i kredsløb kendt som analoge computere .

Spørgsmål 3

Som hovedregel modstår induktorer ændring i ( vælg: eller), og de gør det ved. . . (Færdiggør sætningen).

Baseret på denne regel, bestemme, hvordan en induktor reagerer på en konstant vekselstrøm, der øges i frekvensen. Ville en induktor falde mere eller mindre spænding, givet en større frekvens? Forklar dit svar.

Reveal svar Skjul svar

Som hovedregel modstår induktorer ændring i, og de gør det ved at producere en spænding.

En induktor vil falde en større mængde vekselstrøm, med samme vekselstrøm, med større frekvens.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er en øvelse i kvalitativ tænkning: Forholdsregler for ændring til andre variabler uden brug af numeriske mængder. Den generelle regel, der er angivet her, er meget, meget vigtig for eleverne at beherske og være i stand til at ansøge om forskellige forhold. Hvis de ikke lærer noget om induktorer undtagen denne regel, vil de kunne forstå funktionen af ​​en lang række inductorkredse.

Spørgsmål 4


∫f (x) dx Calculus alarm!


Vi ved, at formlen om øjeblikkelig spænding og strøm i en induktor er dette:

e = L di


dt

At vide dette, bestemme på hvilke punkter på denne sinusbølge-plot for induktorstrømmen, at induktionsspændingen er lig med nul, og hvor spændingen er ved dens positive og negative toppe. Derefter skal du forbinde disse punkter for at tegne bølgeformen for induktionsspænding:

Hvor meget faseforskydning (i grader) er der mellem spændings- og strømbølgeformerne "# 4"> Reveal svar Skjul svar

For en induktor er spændingen førende, og strømmen ligger ved en faseforskydning på 90 o .

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er en glimrende anvendelse af derivatets beregningskoncept: relaterende en funktion (øjeblikkelig spænding, e) med den øjeblikkelige hastighedsændring af en anden funktion (strøm, (di / dt)).

Spørgsmål 5

Stiger en induktors modstand mod vekselstrøm eller falder, da frekvensen af ​​den aktuelle strøm øges "# 5"> Reveal svar Skjul svar

Modstanden mod vekselstrøm ("reaktans") af en induktor øges efterhånden som frekvensen stiger. Vi henviser til denne modstand som "reaktans" snarere end "modstand", fordi den er ikke-dissipativ i naturen. Med andre ord forårsager reaktans ingen kraft til at forlade kredsløbet.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at definere forholdet mellem induktorreaktans og frekvens som enten "direkte proportional" eller "omvendt proportional". Disse er to sætninger, der ofte bruges i videnskab og teknik til at beskrive, om en mængde stiger eller falder, efterhånden som en anden mængde stiger. Dine elever skal helt sikkert være bekendt med begge disse sætninger og kunne fortolke og bruge dem i deres tekniske diskussioner.

Diskuter også betydningen af ​​ordet "non-dissipative" i denne sammenhæng. Hvordan kunne vi bevise, at modstanden mod nuværende udtrykt af en induktor ikke er dissipativ? Hvad ville være den ultimative test af dette?

Spørgsmål 6

Hvad sker der med lyspærens lysstyrke, da jernkernen flyttes væk fra trådspolen i dette kredsløb? Forklar hvorfor dette sker.

Reveal svar Skjul svar

Lyspæren vil lysere lysere, når jernkernen flyttes væk fra trådspolen på grund af ændringen i induktiv reaktans (X L ).

Opfølgningsspørgsmål: Hvilke kredsløbsfejl kan forårsage, at lyspæren lyser lysere, end den burde "noter skjult"> Noter:

En retning du måske vil lede dine elever i med dette spørgsmål er, hvordan vekselstrøm kan styres ved hjælp af dette princip. Styring af vekselstrøm med en variabel reaktans har en klar fordel i forhold til styring af vekselstrøm med variabel modstand : mindre spildt energi i form af varme.

Spørgsmål 7

En induktor, der er klassificeret til 4 Henrys, udsættes for en sinusformet vekselstrømsspænding på 24 volt RMS ved en frekvens på 60 hertz. Skriv formlen til beregning af induktiv reaktans (X L ), og løse for strøm gennem induktoren.

Reveal svar Skjul svar

X L = 2 μl L

Strømmen igennem denne induktor er 15, 92 mA RMS.

Bemærkninger:

Jeg har konsekvent fundet, at kvalitativ analyse (større end, mindre end eller lige) er meget vanskeligere for eleverne at udføre end kvantitative (punch tal på en regner) analyse. Men jeg har konsekvent fundet på jobbet, at folk, der mangler kvalitative færdigheder, gør mere "dumme" kvantitative fejl, fordi de ikke kan validere deres beregninger ved estimation.

I lyset heraf udfordrer jeg altid mine studerende til kvalitativt at analysere formler, når de først introduceres til dem. Bed dine elever om at identificere, hvad der vil ske med en ligning i en ligning, hvis et andet udtryk enten skal øges eller falde (du vælger retningen for forandring). Brug op og ned pil symboler om nødvendigt for at kommunikere disse ændringer grafisk. Dine elever vil have stor gavn i deres konceptuelle forståelse af anvendt matematik fra denne slags praksis!

Spørgsmål 8

Ved hvilken frekvens har en 350 mH induktor 4, 7 kΩ reaktans? Skriv formlen for at løse dette, ud over at beregne frekvensen.

Reveal svar Skjul svar

f = 2.137 kHz

Bemærkninger:

Sørg for at bede dine elever om at demonstrere den algebraiske manipulation af den oprindelige formel ved at give svaret på dette spørgsmål. Algebraisk manipulation af ligninger er en meget vigtig færdighed at have, og den kommer kun ved undersøgelse og praksis.

Spørgsmål 9

Hvor meget induktans ville en induktor have til at besidde for at give 540 Ω reaktans ved en frekvens på 400 Hz? Skriv formlen for at løse dette, ud over at beregne frekvensen.

Reveal svar Skjul svar

L = 214, 9 mH

Bemærkninger:

Sørg for at bede dine elever om at demonstrere den algebraiske manipulation af den oprindelige formel ved at give svaret på dette spørgsmål. Algebraisk manipulation af ligninger er en meget vigtig færdighed at have, og den kommer kun ved undersøgelse og praksis.

Spørgsmål 10

Forklar alle de nødvendige trin for at beregne strømmen i dette induktive vekselstrømskreds:

Reveal svar Skjul svar

I = 15, 6 mA

Bemærkninger:

Nuværende er ikke svært at beregne, så selvfølgelig er det vigtigste aspekt af dette spørgsmål ikke matematikken. Det er snarere beregningsmetoden: hvad skal man gøre første, anden, tredje osv. Ved opnåelse af det endelige svar.

Spørgsmål 11

En magnetventil er en mekanisk afstødningsanordning, der aktiveres af elektricitet. En elektromagnetspole frembringer en attraktiv kraft på en jern "armatur", som enten åbner eller lukker en ventilmekanisme til styring af strømmen af ​​noget væske. Vist her er to forskellige typer af illustrationer, der begge viser en magnetventil:

Nogle solenoidventiler er konstrueret på en sådan måde, at spiralsamlingen kan fjernes fra ventillegemet og adskille disse to stykker, således at vedligeholdelsesarbejde kan udføres på en uden at forstyrre den anden. Det betyder selvfølgelig, at ventilmekanismen ikke længere vil blive aktiveret af magnetfeltet, men mindst et stykke kan arbejdes på uden at skulle fjerne det andet stykke fra, hvad det end måtte være forbundet med:

Dette gøres almindeligvis ved udskiftning af ventilmekanismen. Først løftes spolen af ​​ventilmekanismen, så vedligeholdelsesteknologen er fri til at fjerne ventilkroppen fra rørene og erstatte den med en ny ventilkrop. Endelig genmonteres spolen på den nye ventilkrop, og solenoiden er endnu en gang klar til service, alt sammen uden at skulle afbryde spolen elektrisk fra strømkilden.

Men hvis dette sker, mens spolen er aktiveret, vil den overophedes og brænde op om få minutter. For at forhindre dette sker, har vedligeholdelsesteknikerne lært at indsætte en stålskruetrækker gennem spoleens midterste hul, mens det fjernes fra ventilkroppen, sådan:

Når stålskruetræksskinnen tager stedet for jernarmaturen inde i ventilkroppen, vil spolen ikke overophedes og brænde op, selvom den løbende drives. Forklar problemets art (hvorfor spolen har tendens til at brænde op, når den er adskilt fra ventillegemet), og også hvorfor en skruetrækker i stedet for jernarmaturen virker for at forhindre dette.

Reveal svar Skjul svar

Med jernarmaturen ikke længere i midten af ​​solenoidspolen mindskes spoleens induktans - og dermed dens induktive reaktion til AC - dramatisk, medmindre armaturet er erstattet af noget andet ferromagnetisk.

Bemærkninger:

Da jeg først så denne øvelse i aktion, faldt jeg næsten over grin. Det er både praktisk og genialt, såvel som at være et glimrende eksempel på variabel induktans (og induktiv reaktans) som følge af varierende reluctans.

Spørgsmål 12

Når strømmen i første omgang påføres en elektrisk motor (før motorakslen har mulighed for at begynde at bevæge sig), ser motoren "frem" til vekselstrømkilden for at være en stor induktor:

Hvis spændingen på 60 Hz vekselstrømskilde er 480 volt RMS, og motoren initialt trækker 75 ampere RMS, når dobbeltpolet single-throw-omskifter lukker, hvor meget induktans (L) skal motorvindingerne have "# 12"> Reveal svar Skjul svar

Xl = 16, 98 mH

Bemærkninger:

I virkeligheden spiller motorvindingsmodstand en væsentlig rolle i denne form for beregning, men jeg forenklet tingene lidt for blot at give de studerende en praktisk kontekst til deres indledende viden om induktiv reaktans.

Spørgsmål 13

Ved analysering af kredsløb med induktorer tager vi ofte den luksus at antage, at de indbyggede induktorer er perfekte; dvs. rent induktivt, uden "uhyrlige" egenskaber såsom viklingsmodstand eller inter-viklingskapacitans.

Virkeligheden er ikke så generøs. Med virkelige induktionsspoler skal vi overveje disse faktorer. Et mål, der ofte bruges til at udtrykke "renhed" af en induktor, er den såkaldte Q-rating eller kvalitetsfaktor .

Skriv formlen til beregning af en spole kvalitetsfaktor (Q) og beskriv nogle af de operationelle parametre, der kan påvirke dette tal.

Reveal svar Skjul svar

Q- spole = X L


R

Bemærkninger:

Dine elever skal umiddelbart forstå, at Q ikke er en statisk egenskab af en induktor. Lad dem forklare, hvad der gør Q forskellige, baseret på deres kendskab til induktiv reaktans.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →