Impedans

Impedans (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Impedans

Litar Elektrik AC


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Untuk litar AC di mana reaktiviti induktif dan kapasitif (impedans) adalah unsur penting dalam pengiraan, saya cadangkan induktor dan kapasitor (high-Q) yang berkualiti tinggi dan menggerakkan litar anda dengan voltan frekuensi rendah (kekerapan talian kuasa berfungsi dengan baik) untuk meminimumkan kesan parasit. Sekiranya anda berada dalam belanjawan terhad, saya telah menemui bahawa papan kekunci muzik elektronik yang murah berfungsi sebagai "fungsi penjana" untuk menghasilkan pelbagai isyarat AC frekuensi audio. Pastikan anda memilih "suara" papan kekunci yang meniru gelombang sinus (suara "panflute" biasanya bagus), jika bentuk gelombang sinusoidal adalah andaian penting dalam pengiraan anda.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter. Saya cadangkan nilai resistor antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Cara terbaik untuk memperkenalkan pelajar kepada analisis matematik bagi litar sebenar ialah dengan terlebih dahulu mereka menentukan nilai komponen (L dan C) dari pengukuran voltan dan arus AC. Litar paling mudah, tentu saja, adalah komponen tunggal yang disambungkan kepada sumber kuasa! Bukan sahaja ini mengajar pelajar bagaimana untuk menyiapkan litar AC dengan betul dan selamat, tetapi ia juga akan mengajar mereka bagaimana untuk mengukur kapasitans dan induktans tanpa peralatan uji khusus.

Nota mengenai komponen reaktif: menggunakan kapasitor dan induktor berkualiti tinggi, dan cuba gunakan frekuensi rendah untuk bekalan kuasa. Transformer kuasa turun ke bawah kecil berfungsi dengan baik untuk induktor (sekurang-kurangnya dua induktor dalam satu pakej!), Selagi voltan yang digunakan untuk penggulungan pengubah adalah kurang daripada voltan pengubah pengubah bagi penggulungan itu (untuk mengelakkan ketepuan teras ).

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Dalam litar DC, kita mempunyai Undang-undang Ohm untuk mengaitkan voltan, arus, dan rintangan bersama-sama:

E = IR

Dalam litar AC, kita juga memerlukan satu formula untuk mengaitkan voltan, arus, dan impedans bersama-sama. Tulis tiga persamaan, satu penyelesaian bagi setiap tiga pembolehubah ini: satu set formula Hukum Ohm untuk litar AC. Bersedia untuk menunjukkan bagaimana anda boleh menggunakan algebra untuk memanipulasi salah satu persamaan ini ke dalam dua bentuk yang lain.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

E = IZ

I = E


Z

Z = E


Saya

Jika menggunakan kuantiti phasor (nombor kompleks) untuk voltan, arus, dan impedans, cara yang betul untuk menulis persamaan ini adalah seperti berikut:

E = IZ

I = E


Z

Z = E


Saya

Jenis yang berwajah tebal adalah cara umum untuk menunjukkan kuantiti vektor dalam matematik.

Nota:

Walaupun penggunaan kuantiti phasor untuk voltan, arus, dan impedans dalam bentuk AC dari Undang-undang Ohm menghasilkan kelebihan tertentu daripada pengiraan skalar, ini tidak bermakna seseorang tidak dapat menggunakan kuantiti skalar. Selalunya sesuai untuk menyatakan voltan, arus, atau impedansi AC sebagai nombor skalar yang mudah.

Soalan 3

Dalam litar AC ini, perintang menawarkan 300 Ω rintangan, dan induktor menawarkan 400 Ω reaktansi. Bersama-sama, pembangkang siri mereka untuk menggantikan keputusan semasa dalam arus 10 mA dari sumber 5 volt:

Berapa banyak ohm pembangkang melakukan gabungan siri perintang dan tawaran induktor "# 3"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Z total = 500 Ω.

Soalan susulan: mengandaikan bahawa induktor mengalami kegagalan dalam penggulungan dawai, menyebabkan ia "terbuka." Jelaskan kesan apa yang akan berlaku pada litar arus dan voltan.

Nota:

Pelajar mungkin mengalami kesukaran yang datang pada kuantiti yang sama untuk impedans yang ditunjukkan dalam jawapannya. Sekiranya ini berlaku, bantu mereka menyelesaikan masalah dengan mencadangkan mereka menyederhanakan masalah : salah satu daripada komponen beban yang lalu dan mengira arus litar baru. Tidak lama lagi, mereka akan memahami hubungan antara pembangkang litar jumlah dan jumlah litar semasa, dan dapat menggunakan konsep ini untuk masalah asal.

Tanya pelajar anda kenapa kuantiti 300 Ω dan 400 Ω tidak menambah sehingga 700 Ω seperti yang mereka akan jika kedua-dua mereka adalah perintang. Adakah senario ini mengingatkan mereka tentang masalah matematik yang lain di mana 3 + 4 = 5? Di mana kita melihatnya sebelum ini, terutamanya dalam konteks litar elektrik?

Apabila pelajar anda membuat sambungan kognitif kepada trigonometri, tanyakan kepada mereka kepentingan tambahan ini. Adakah cukup yang kita katakan bahawa komponen mempunyai pembangkang untuk AC 400 Ω, atau adakah lebih kepada kuantiti ini daripada satu nilai skalar tunggal? Jenis nombor apa yang sesuai untuk mewakili kuantiti sedemikian, dan bagaimanakah ia boleh ditulis?

Soalan 4

Dalam litar AC ini, perintang menawarkan 3 kΩ rintangan, dan kapasitor menawarkan 4 kΩ reaktansi. Bersama-sama, pembangkang siri mereka untuk menukar keputusan semasa dalam arus 1 mA dari sumber 5 volt:

Berapa banyak ohm pembangkang melakukan gabungan siri perintang dan kapasitor tawaran "# 4"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Z total = 5 kΩ.

Nota:

Pelajar mungkin mengalami kesukaran yang datang pada kuantiti yang sama untuk impedans yang ditunjukkan dalam jawapannya. Sekiranya ini berlaku, bantu mereka menyelesaikan masalah dengan mencadangkan mereka menyederhanakan masalah : salah satu daripada komponen beban yang lalu dan mengira arus litar baru. Tidak lama lagi, mereka akan memahami hubungan antara pembangkang litar jumlah dan jumlah litar semasa, dan dapat menggunakan konsep ini untuk masalah asal.

Tanya pelajar anda mengapa kuantiti 3 kΩ dan 4 kΩ tidak menambah sehingga 7 kΩ seperti yang mereka akan jika kedua-dua mereka adalah perintang. Adakah senario ini mengingatkan mereka tentang masalah matematik yang lain di mana 3 + 4 = 5? Di mana kita melihatnya sebelum ini, terutamanya dalam konteks litar elektrik?

Apabila pelajar anda membuat sambungan kognitif kepada trigonometri, tanyakan kepada mereka kepentingan tambahan ini. Adakah cukup yang kita katakan komponen mempunyai penentangan terhadap AC daripada 4 kΩ, atau adakah lebih kepada kuantiti ini daripada satu nilai skalar tunggal? Jenis nombor apa yang sesuai untuk mewakili kuantiti sedemikian, dan bagaimanakah ia boleh ditulis?

Soalan 5

Semasa mempelajari teori litar DC, anda mengetahui bahawa rintangan adalah ungkapan pembangkang komponen kepada arus elektrik. Kemudian, apabila mempelajari teori litar AC, anda mengetahui bahawa reaktansi adalah satu lagi jenis penentangan terhadap arus. Sekarang, istilah ketiga diperkenalkan: impedans . Seperti ketahanan dan reaktansi, impedans juga merupakan bentuk penentangan terhadap arus elektrik.

Jelaskan perbezaan antara ketiga-tiga kuantiti (rintangan, reaktansi, dan galangan) dengan menggunakan kata-kata anda sendiri.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Perbezaan asas antara istilah ini adalah salah satu abstraksi: impedans adalah istilah yang paling umum, merangkumi kedua-dua rintangan dan reaktansi . Inilah penjelasan yang diberikan dari segi set logik (menggunakan gambarajah Venn ), bersama dengan analogi dari taksonomi haiwan:

Rintangan adalah jenis galangan, dan begitu juga reaktansi. Perbezaan antara keduanya ada kaitan dengan pertukaran energi .

Nota:

Jawapan yang diberikan adalah jauh dari lengkap. Saya telah menunjukkan hubungan semantik antara ketahanan istilah, reaksi, dan galangan, tetapi saya hanya membayangkan perbezaan konsep antara mereka. Pastikan untuk membincangkan dengan pelajar anda apa perbezaan asas antara rintangan dan reaktansi, dari segi pertukaran tenaga elektrik.

Soalan 6

Selalunya perlu untuk mewakili kuantiti litar AC sebagai nombor kompleks dan bukannya sebagai nombor skalar, kerana kedua-dua magnitud dan sudut fasa perlu dipertimbangkan dalam pengiraan tertentu.

Apabila mewakili voltan AC dan arus dalam bentuk polar, sudut yang diberikan merujuk kepada peralihan fasa antara voltan atau arus yang diberikan, dan voltan atau arus "rujukan" pada frekuensi yang sama di tempat lain di litar. Jadi, voltan 3.5 V ∠-45 o bermaksud voltan 3.5 volt magnitud, fasa beralih 45 darjah di belakang (ketinggalan) voltan rujukan (atau semasa), yang ditakrifkan pada sudut 0 darjah.

Tetapi bagaimana dengan impedans (Z) "# 6"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Z L = 251.33 Ω ∠ 90 o

Nota:

Ini adalah soalan yang mencabar, kerana ia meminta pelajar untuk mempertahankan penerapan sudut fasa kepada jenis kuantiti yang tidak benar-benar mempunyai bentuk gelombang seperti tegangan AC dan arus. Secara konseptual, ini sukar difahami. Walau bagaimanapun, jawapannya agak jelas melalui pengiraan Undang-undang Ohm (Z = E / I ).

Walaupun ia adalah semulajadi untuk memberikan sudut fasa 0 o kepada bekalan 36 volt, menjadikannya bentuk gelombang rujukan, ini tidak semestinya diperlukan. Bekerja melalui perhitungan ini dengan pelajar anda, dengan asumsi sudut yang berbeza untuk voltan dalam setiap contoh. Anda harus mendapati bahawa impedans mengira untuk menjadi kuantiti tepat yang sama setiap kali.

Soalan 7

Ekspresikan impedans ( Z ) dalam bentuk kedua-dua kutub dan segiempat segi bagi setiap komponen berikut:

Perintang dengan 500 Ω rintangan
Satu induktor dengan 1.2 kΩ reaktansi
Kapasitor dengan 950 Ω daripada reaktansi
Perintang dengan 22 kΩ rintangan
Kapasitor dengan 50 kΩ reaktansi
Satu induktor dengan 133 Ω daripada reaktansi
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Perintang dengan 500 Ω rintangan: 500 Ω ∠ 0 o atau 500 + j0 Ω
Satu induktor dengan 1.2 kΩ reactance: 1.2 kΩ ∠ 90 o atau 0 + j1.2k Ω
Kapasitor dengan 950 Ω daripada reaktansi: 950 Ω ∠ -90 o atau 0 - j950 Ω
Perintang dengan 22 kΩ rintangan: 22 kΩ ∠ 0 o atau 22k + j0 Ω
Kapasitor dengan 50 kΩ daripada reaktansi: 50 kΩ ∠ -90 o atau 0 - j50k Ω
Satu induktor dengan 133 Ω daripada reaktansi: 133 Ω ∠ 90 o atau 0 + j133 Ω

Persoalan tindak lanjut: apa yang akan kelihatan seperti phasors untuk impedans rintangan, induktif, dan kapasitif?

Nota:

Dalam perbincangan anda dengan pelajar, menekankan sifat sudut fasa yang konsisten untuk impedans komponen "murni".

Soalan 8

Induktor sebenar dan kapasitor tidak pernah semata-mata reaktif. Tidak dapat dielakkan sebagai pengawasan intrinsik kepada peranti ini juga.

Katakan induktor mempunyai 57 Ω rintangan penggulungan, dan 1500 Ω reaktansi pada frekuensi tertentu. Bagaimanakah gabungan ini dinyatakan sebagai satu impedans? Nyatakan jawapan anda dalam bentuk kutub dan segi empat segi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Z L = 1501 Ω ∠ 87.8 o = 57 + j1500 Ω

Nota:

Sebutkan kepada pelajar anda bahawa komponen "sebenar" seperti ini boleh dimodelkan dalam gambarajah sebagai gabungan dua komponen "tulen", dalam hal ini perintang dan induktor. Bincangkan dengan mereka manfaat ciri-ciri komponen "model" dengan cara ini, kerana ia adalah amalan yang sangat biasa dalam kejuruteraan.

Ini adalah konsep yang sangat penting untuk difahami: komponen reaktif tidak semata-mata reaktif. Rintangan parasit adalah mustahil untuk mengelakkan kekurangan menggunakan superkonduktor. Walaupun begitu, induktor pasti mempunyai kapasitansi parasit, dan kapasitor pasti mempunyai induktansi parasit!

Soalan 9

Tidak hanya komponen reaktif yang tidak dapat dielakkan mempunyai beberapa parasit ("sesat") rintangan, tetapi mereka juga menunjukkan reaksi parasit yang bertentangan . Sebagai contoh, induktor terikat untuk mempunyai kapasitans kecil yang terbina dalam, dan kapasitor pasti mempunyai sedikit induktans dalaman. Kesan ini tidak disengajakan, tetapi ia tetap wujud.

Terangkan bagaimana jumlah kapasitansi yang kecil wujud dalam induktor, dan bagaimana induktansi yang sedikit terdapat dalam kapasitor. Terangkan bagaimana ia membina kedua-dua komponen reaktif yang membolehkan wujudnya "bertentangan" ciri.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kapasiti wujud pada bila-bila masa terdapat dua konduktor yang dipisahkan oleh medium penebat. Induktansi wujud pada bila-bila masa medan magnet dibenarkan wujud di dalam konduktor yang membawa semasa. Cari setiap syarat ini dalam struktur induktor dan kapasitor masing-masing untuk menentukan di mana kesan parasit berasal.

Nota:

Sekali pelajar telah mengenal pasti mekanisme reaktiviti parasit, cubalah mereka dengan cara yang dicipta untuk meminimumkan kesan-kesan ini. Ini adalah latihan praktikal untuk memahami induktansi parasit dalam kapasitor, yang sangat tidak diingini dalam kapasitor decoupling yang digunakan untuk menstabilkan voltan bekalan kuasa berhampiran litar bersepadu "cip" pada papan litar bercetak. Mujurlah, kebanyakan induktansi yang tersesat dalam kapasitor decoupling adalah disebabkan oleh bagaimana ia dipasang pada papan, bukannya apa-apa dalam struktur kapasitor itu sendiri.

Soalan 10

Katakan anda diberikan komponen dan memberitahu sama ada perintang, induktor, atau kapasitor. Komponen ini tidak ditandakan, dan mustahil untuk mengenal pasti secara visual. Jelaskan langkah-langkah yang akan anda ambil untuk mengenal pasti jenis komponen apa elektrik, dan apakah nilainya, tanpa menggunakan mana-mana peralatan ujian kecuali penjana isyarat, multimeter (mampu mengukur apa-apa tetapi voltan, arus, dan rintangan) dan beberapa komponen pasif pelbagai (perintang, kapasitor, induktor, suis, dan lain-lain). Tunjukkan teknik anda jika mungkin.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Adakah anda benar-benar berfikir saya akan memberikan jawapan kepada ini?

Nota:

Ini adalah satu peluang yang baik untuk melakukan brainstorming sebagai kumpulan dan percubaan pada komponen sebenar. Terdapat jelas satu cara untuk membuat penentuan identiti dan nilai! Gunakan masa kelas untuk melibatkan pelajar anda dalam perbincangan yang meriah dan perbahasan mengenai cara mendekati masalah praktikal ini.

Soalan 11

Katakan anda telah diberikan dua komponen dan memberitahu seseorang induktor manakala yang lain adalah kapasitor. Kedua-dua komponen itu tidak ditandakan, dan mustahil untuk membezakan atau mengenali secara visual. Terangkan bagaimana anda boleh menggunakan ohmmeter untuk membezakan satu dari yang lain, berdasarkan tindak balas setiap komponen kepada arus terus (DC).

Kemudian, jelaskan bagaimana anda dapat mengukur nilai setiap komponen tanpa menggunakan pengesan isyarat gelombang sinus dan meter AC yang hanya mampu menghasilkan voltan AC dan pengukuran semasa tepat di seluruh julat frekuensi yang luas (tidak ada kapasitans langsung atau keupayaan pengukuran induktans), dan tunjukkan bagaimana persamaan reaktan untuk setiap komponen (L dan C) akan digunakan dalam pengiraan anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Adakah anda benar-benar berfikir saya akan memberikan jawapan kepada soalan seperti ini?

Soalan cabaran: katakan satu-satunya peralatan ujian yang anda ada ialah bateri 6-volt dan volt-milliammeter analog lama (tanpa fungsi pemeriksaan rintangan). Bagaimana anda boleh menggunakan gear primitif ini untuk mengenal pasti komponen mana induktor dan yang mana kapasitor?

Nota:

Ini adalah satu peluang yang baik untuk melakukan brainstorming sebagai kumpulan dan percubaan pada komponen sebenar. Tujuan persoalan ini adalah untuk membuat persamaan reaktansi lebih "nyata" kepada pelajar dengan menjadikan mereka menggunakan persamaan dengan senario yang realistik. Ujian ohmeter adalah berdasarkan tindak balas komponen DC, yang mungkin difikirkan dari segi reaktansi pada kekerapan pada atau berhampiran sifar. Ujian multimeter / penjana adalah berdasarkan kepada respon AC, dan memerlukan manipulasi algebra untuk menukar bentuk-bentuk kanonik persamaan-persamaan ini kepada versi yang sesuai untuk mengira L dan C.

Soalan 12

Sekiranya suatu voltan sinusoidal digunakan pada galangan dengan sudut fasa 0 o, voltan yang terhasil dan bentuk gelombang semasa akan kelihatan seperti ini:

Memandangkan kuasa itu adalah produk voltan dan arus (p = iaitu), plot bentuk gelombang untuk kuasa dalam litar ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk memerhatikan bentuk gelombang yang ditunjukkan dengan jawapan dengan teliti, dan tentukan apa yang menandakan nilai kuasa sentiasa ada. Perhatikan bagaimana bentuk voltan dan arus bergantian antara positif dan negatif, tetapi kuasa tidak. Apa arti ini kepada kami "itemscopepanel panel panel-default" itemscope>

Soalan 13

Sekiranya suatu voltan sinusoidal digunakan pada suatu impedans dengan sudut fasa 90 o, voltan yang terhasil dan bentuk gelombang semasa akan kelihatan seperti ini:

Memandangkan kuasa itu adalah produk voltan dan arus (p = iaitu), plot bentuk gelombang untuk kuasa dalam litar ini. Juga, jelaskan bagaimana ungkapan mnemonik "ELI lelaki ICE" terpakai kepada bentuk gelombang ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Frasa mnemonik, "ELI lelaki ICE" menunjukkan bahawa peralihan fasa ini disebabkan oleh induktansi dan bukan kapasitansi.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk memerhatikan bentuk gelombang yang ditunjukkan dalam jawapannya dengan teliti, dan tentukan apa yang menandakan nilai kuasa. Perhatikan bagaimana bentuk gelombang kuasa bertukar antara nilai positif dan negatif, sama seperti voltan dan bentuk gelombang semasa. Tanyakan kepada pelajar anda untuk menjelaskan apa kuasa negatif mungkin bermakna.

Apa arti ini kepada kami "itemscopepanel panel panel-default" itemscope>

Soalan 14

Jika voltan sinusoidal digunakan pada galangan dengan sudut fasa -90 o, voltan yang terhasil dan bentuk gelombang semasa akan kelihatan seperti ini:

Memandangkan kuasa itu adalah produk voltan dan arus (p = iaitu), plot bentuk gelombang untuk kuasa dalam litar ini. Juga, jelaskan bagaimana ungkapan mnemonik "ELI lelaki ICE" terpakai kepada bentuk gelombang ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ungkapan mnemonik, "ELI lelaki ICE" menunjukkan bahawa peralihan fasa ini adalah disebabkan kapasitansi daripada induktansi.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk memerhatikan bentuk gelombang yang ditunjukkan dalam jawapannya dengan teliti, dan tentukan apa yang menandakan nilai kuasa. Perhatikan bagaimana bentuk gelombang kuasa bertukar antara nilai positif dan negatif, sama seperti voltan dan bentuk gelombang semasa. Tanyakan kepada pelajar anda untuk menjelaskan apa kuasa negatif mungkin bermakna.

Apa arti ini kepada kami "itemscopepanel panel panel-default" itemscope>

Soalan 15

Pembesar suara yang digunakan untuk sistem pembiakan audio (stereos, sistem alamat awam, dll.) Bertindak sebagai beban kuasa kepada penguat yang memacu mereka. Alat ini menukarkan tenaga elektrik ke dalam tenaga bunyi, yang kemudian menghilangkan udara sekitarnya. Dengan cara ini, seorang penceramah bertindak seperti perintang: menukar satu bentuk tenaga (elektrik) ke yang lain, dan kemudian melepaskan tenaga tersebut ke alam sekitar. Secara semulajadi, masuk akal untuk menerangkan sifat beban tersebut dalam unit "ohms" (Ω), supaya mereka boleh dianalisis secara matematik dengan cara yang serupa dengan perintang.

Walau bagaimanapun, walaupun sifat penceramah audio, tahap "ohms" dinyatakan sebagai impedans daripada rintangan atau reaktansi . Terangkan mengapa ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Istilah "rintangan" merujuk kepada fenomena yang sangat spesifik dari "geseran" elektrik, "mengubah tenaga elektrik menjadi tenaga terma. Istilah "reaktansi" merujuk kepada pembangkang semasa elektrik yang disebabkan oleh pertukaran tenaga yang tidak dissipative antara komponen dan seluruh litar. Istilah "impedans" merujuk kepada sebarang bentuk penentangan terhadap arus elektrik, sama ada penentangan itu bersifat dissipative atau non dissipative.

Walaupun penceramah terutamanya peranti dissipative, kebanyakan tenaga yang hilang oleh penceramah tidak dalam bentuk haba.

Nota:

Dalam ertikata, rintangan mungkin adalah sebagai kes yang khas (mengehadkan) impedans, sama seperti reaktansi adalah kes khas impedans. Bincangkan konsep ini dengan pelajar anda, terutamanya dengan merujuk kepada alat-alat seperti pembesar suara yang bersifat dissipative (mereka menghilangkan tenaga) tetapi belum menolak dalam pengertian istilah yang ketat.

Atas sebab ini, perkataan "impedansi" menemui aplikasi luas dalam dunia elektronik, dan bahkan dalam beberapa sains di luar elektrik / elektronik!

Soalan 16

Jurutera sering menulis formula perintang kapasitif dan induktif dengan cara yang berbeza dari apa yang mungkin anda lihat:

X L = ωL

X C = 1


ωC

Persamaan ini sepatutnya dikenali kepada anda, daripada melihat persamaan yang sama yang mengandungi istilah untuk kekerapan (f). Memandangkan bentuk persamaan ini, apakah definisi matematik ω? Dalam erti kata lain, apa kombinasi pembolehubah dan pemalar terdiri daripada "ω", dan unit apakah yang dinyatakan dengan betul?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

ω = 2 πf, dan ia dinyatakan dalam unit radians sesaat .

Nota:

Pelajar yang telah mengambil trigonometri harus mengenali radian sebagai satu unit untuk mengukur sudut. Bincangkan dengan pelajar anda mengapa mengalikan kekerapan (f, kitaran sesaat) dengan hasil 2 π berterusan dalam unit yang berubah menjadi "radians sesaat".

Jurutera sering merujuk kepada ω sebagai halaju sudut sistem AC. Bincangkan mengapa istilah "halaju" adalah sesuai untuk ω.

Soalan 17

Jurutera sering mengira impedans kapasitans tulen dan induktansi tulen dengan cara yang secara langsung memberikan hasil dalam bentuk segi empat tepat (rumit):

Z L = j ωL

Z C = -j 1


ωC

Jenis berani berani ( Z bukan Z) menandakan impedans yang dikira sebagai kompleks dan bukannya kuantiti skalar. Memandangkan bentuk persamaan ini, apakah definisi matematik ω? Dalam erti kata lain, apa kombinasi pembolehubah dan pemalar terdiri daripada "ω", dan unit apakah yang dinyatakan dengan betul?

Juga, tentukan apa persamaan yang akan kelihatan seperti untuk mengira impedans rangkaian rangkaian ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

ω = 2 πf dipanggil halaju sudut litar, dan ia dinyatakan dalam unit radians sesaat .

Persamaan impedans bagi rangkaian LR dan RC siri adalah seperti berikut:

Z LR = R + j ωL

Z RC = R - j 1


ωC

Nota:

Pelajar yang telah mengambil trigonometri harus mengenali radian sebagai satu unit untuk mengukur sudut. Bincangkan dengan pelajar anda mengapa mengalikan kekerapan (f, kitaran sesaat) dengan hasil 2 π berterusan dalam unit yang berubah menjadi "radians sesaat".

Jurutera sering merujuk kepada ω sebagai halaju sudut sistem AC. Bincangkan mengapa istilah "halaju" adalah sesuai untuk ω.

Soalan 18

Kebalikan matematik, atau timbal balik, rintangan (R) adalah kuantiti yang dipanggil konduktans (G).

G = 1


R

Adakah terdapat kuantiti setara untuk impedans (Z) "# 18"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Y = kemasukan, yang merupakan timbangan impedans.

Y = 1


Z

Kemasukan dinyatakan dalam unit siemens .

B = susceptan, yang merupakan kebalikan dari reaktansi.

B = 1


X

Susceptan juga dinyatakan dalam unit siemens .

Nota:

Tanya pelajar anda di mana mereka mendapat maklumat ini. Juga tanyakan kepada mereka apa unit ukuran lama (pra-siemens).

Di mana kuantiti sedemikian berguna dalam pengiraan litar AC? Tanya pelajar anda di mana jumlah konduktansi (G) berguna dalam pengiraan litar DC.

Soalan 19

Kebalikan matematik, atau timbal balik, rintangan (R) adalah kuantiti yang dipanggil konduktans (G).

G = 1


R

Adakah terdapat kuantiti bersamaan untuk reaktansi? Apakah kebalikan dari reaktansi, dan unit ukuran apa yang dinyatakan dalamnya? Petunjuk: simbolnya ialah B.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

B = susceptan, yang merupakan kebalikan dari reaktansi.

B = 1


X

Suspek, seperti konduktans (G) dan kemasukan (Y) dinyatakan dalam unit siemens .

Nota:

Tanya pelajar anda di mana mereka mendapat maklumat ini. Juga tanyakan kepada mereka apa unit ukuran lama (pra-siemens).

Di manakah kuantiti semacam itu berguna dalam perhitungan litar AC? Tanya pelajar anda di mana jumlah konduktansi (G) berguna dalam pengiraan litar DC.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →