|
|
|
|---|---|---|
|
|
|
|
EAIiIB |
Elektrotechnika |
Drgania elektryczne – periodyczne zmiany natężenia i napięcia prądu w obwodzie elektrycznym, którym towarzyszą drgania natężenia pola elektrycznego i magnetycznego w przestrzeni otaczającej obwód. Częstość zmian natężenia prądu w obwodzie w przypadku drgań elektrycznych wymuszonych w stanie ustalonym równa jest częstości przyłożonego źródła napięcia, amplituda zaś tego prądu wynosi :
ε0 – amplituda siły elektromotorycznej
R – opór omowy obwodu
C – pojemność
L – indukcyjność obwodu
ω – częstość kołowa obwodu
Drgania elektryczne zachodzą również w bardziej złożonych obwodach elektrycznych stosowanych np.: w radiotechnice, w liniach energetycznych, w rezonatorach objętościowych itp. Drgania elektryczne, których amplituda maleje w czasie, noszą nazwę drgań elektrycznych tłumionych. Przy tłumieniu następuje przemiana energii drgań elektrycznych w inne energie. W przypadku drgań elektrycznych wielkiej częstotliwości (szczególnie w drganiach obwodów otwartych – antenach ) tłumienie występuje wskutek wypromieniowania energii.
Drgania elektryczne tłumione – drgania w których amplituda nie jest stała lecz maleje w czasie wskutek rozpraszania się energii układu drgającego. W układach drgających elektrycznych straty energii są związane z rezystancją przewodników oraz polaryzacją w dielektrykach i ferromagnetykach, a energia jest wypromieniowywana w postaci fal elektromagnetycznych. Równanie drgań tłumionych układu o jednym stopniu swobody ma postać :
Gdzie :
β – współczynnik tłumienia
ω0 – częstość kołowa drgań harmonicznych swobodnych
t – czas
W układzie drgającym o rezystancji R i indukcyjności L, β=R/2L . Dla β<ω0 układ wykonuje drgania tłumione opisane funkcją :
amplituda drgań tłumionych malejąca wykładniczo w czasie
Dekrement logarytmiczny tłumienia δ - jest to stosunek dwóch kolejnych wychyleń następujących po sobie w odstępach okresu T:
Czas τ, po upływa którego amplituda drgań tłumionych zmniejsza się e - krotnie ( e - podstawa logarytmu naturalnego ), nazywa się czasem relaksacji
Dobroć Q – wielkość bezwymiarowa charakteryzująca własności rezonansowe układu drgającego. W przypadku rezonansu elektrycznego szeregowego ( rezonansu napięć ) dobroć obwodu wskazuje, ile razy amplituda napięcia na pojemności jest przy rezonansie większa od napięcia zewnętrznego źródła siły elektromotorycznej. W przypadku rezonansu równoległego (rezonans prądów) dobroć obwodu wskazuje, ile razy amplituda natężenia w obwodzie równoległym jest przy rezonansie większa od amplitudy natężenia prądu zewnętrznego źródła prądu. Z energetycznego punktu widzenia dobroć obwodu jest proporcjonalna do stosunku całkowitej energii elektromagnetycznej WL zmagazynowanej w obwodzie, do energii WT , traconej w ciągu jednego okresu drgań T na ciepło Joule’a.
Gdzie :
- maksymalna energia pola magnetycznego obwodu
Im - amplituda natężeń prądu płynącego w obwodzie
L - współczynnik samoindukcji obwodu
R - opór omowy obwodu
Prawa Kirchofa :
1.Algebraiczna suma wszystkich natężeń prądów schodzących się w węźle jest równa zero
2.W dowolnym zamkniętym obwodzie ( dowolnie wybranym z rozgałęzionej sieci przewodników ) algebraiczna suma iloczynów natężeń prądów Ik i oporów Rk odpowiednich odcinków obwodu jest równa algebraicznej sumie sił elektromotorycznych εk ( ogniw, akumulatorów, prądnic, baterii ) istniejących w tym obwodzie :
Prawo Ohma – prawo stwierdzające, że natężenie prądu elektrycznego I płynącego przez przewodnik (np. metal, elektrolit ) jest wprost proporcjonalne do napięcia U panującego na jego końcach jeśli jest tylko utrzymywana stała temperatura przewodnika:
Prawo Ohma dla gęstości prądu- gęstość prądu przewodnictwa jest proporcjonalna do natężenia E pola elektrycznego w przewodniku i ma taki sam kierunek, tj.
Gdzie:
γ - współczynnik proporcjonalności nazywany przewodnością właściwą (przewodnictwem właściwym)
p=1/γ - oporność elektryczna właściwa (opór właściwy) ośrodka
Rezystancja krytyczna – jest to rezystancja, przy której dla napięcia granicznego otrzymuje się moc znamionową. Rezystory o rezystancji znamionowej większej niż krytyczna wolno obciążać mocą tym mniejszą, im większa jest ich rezystancja znamionowa.
Zasada działania oscyloskopu:
Zasada działania klasycznego analogowego oscyloskopu elektronicznego się na zastosowaniu lampy oscyloskopowej. Jest to lampa elektropromienna wyposażona w pary płytek umożliwiających przesuwanie wiązki elektronów po świecącym pod ich wpływem ekranie, na którym obserwujemy obraz. Do płytek przesuwających plamkę poziomo przykładamy odpowiednie (tzw. piłokształtne) napięcie z wbudowanego w przyrząd generatora, co wymusza jej jednostajny prostoliniowy ruch ze znaną prędkością (zazwyczaj podaje się czas przebycia określonej drogi - działki elementarnej, najczęściej 1 cm). Do płytek odchylających plamkę w pionie przykładamy napięcie mierzone co umożliwia jego obserwacje w funkcji czasu. Moment startu plamki z lewej części ekranu może być synchronizowany obserwowanym przebiegiem (ustawia się to specjalnym pokrętłem), co umożliwia uzyskanie (dla przebiegów powtarzających się) nieruchomego obrazu.