전기 진자

커패시터는 전기장의 형태로 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 전위로 전기적으로 나타냅니다. 정전압 . 인덕터는 자기장의 형태로 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 전자의 운동 운동으로 전기적으로 나타냅니다. 전류 .

커패시터와 인덕터는 동일한 반응성 코인의 양면이며 보완 모드에서 에너지를 저장하고 방출합니다. 이 두 가지 유형의 반응성 구성 요소가 직접 연결되면 에너지를 저장하는 상호 보완적인 경향이 비정상적인 결과를 생성합니다.

커패시터 또는 인덕터 중 하나가 충전된 상태에서 시작하면 두 구성 요소가 서로 간에 에너지를 교환하여 고유한 AC 전압 및 전류 사이클을 생성합니다.

두 구성 요소에 전압이 갑자기 인가된다고 가정하면(예:순간적으로 연결된 배터리에서) 커패시터는 매우 빠르게 충전되고 인덕터는 전류 변화에 반대하여 커패시터는 충전된 상태로, 인덕터는 방전된 상태입니다.

초기 상태:

충전된 커패시터:(+) 피크에서의 전압; 인덕터 방전:전류가 0입니다.

커패시터가 방전되기 시작하고 전압이 감소합니다. 한편 인덕터는 전류가 회로에서 증가함에 따라 자기장의 형태로 "전하"를 축적하기 시작합니다.

커패시터 방전:전압 감소; 인덕터 충전:전류 증가.

아직 충전 중인 인덕터는 커패시터가 완전히 방전되어 양단에 전압이 0이 될 때까지 회로에 전류를 계속 흐르게 합니다.

완전히 방전된 커패시터:전압 0; 인덕터가 완전히 충전됨:최대 전류.

인덕터는 전압이 가해지지 않아도 전류 흐름을 유지합니다. 실제로 동일한 방향으로 전류를 유지하기 위해 (배터리와 같은) 전압을 생성합니다. 이 전류를 받는 커패시터는 이전과 반대 극성으로 전하를 축적하기 시작합니다.

커패시터 충전:전압 증가(반대 극성); 인덕터 방전:전류 감소.

인덕터의 에너지 예비가 마침내 고갈되고 전자가 멈추면 커패시터는 시작했을 때와 반대 극성으로 전체(전압) 충전에 도달하게 됩니다.

완전히 충전된 커패시터:(-) 피크 전압; 인덕터가 완전히 방전됨:전류가 0입니다.

이제 우리는 우리가 시작한 곳과 매우 유사한 조건에 있습니다. 커패시터가 완전히 충전되고 회로에서 전류가 0입니다. 커패시터는 이전과 마찬가지로 인덕터를 통해 방전되기 시작하여 전류가 증가하고(이전과 반대 방향으로) 자체 에너지 예비가 고갈됨에 따라 전압이 감소합니다.

커패시터 방전:전압 감소; 인덕터 충전:전류 증가.

결국 커패시터는 0볼트로 방전되어 인덕터를 통해 전체 전류로 완전히 충전됩니다.

완전히 방전된 커패시터:전압 0; 인덕터가 완전히 충전됨:(-) 피크의 전류

전류를 같은 방향으로 유지하고자 하는 인덕터는 다시 소스처럼 작동하여 흐름을 계속하기 위해 배터리와 같은 전압을 생성합니다. 그렇게 하면 커패시터가 충전되기 시작하고 전류가 감소합니다.

커패시터 충전:전압 증가; 인덕터 방전:전류 감소.

인덕터가 전류를 유지하기 위해 예비 에너지를 모두 소모함에 따라 결국 커패시터는 다시 완전히 충전됩니다. 전압은 다시 양의 피크에 도달하고 전류는 0이 됩니다. 이것은 커패시터와 인덕터 사이의 에너지 교환의 전체 주기를 완료합니다.

완전히 충전된 커패시터:(+) 피크의 전압; 인덕터가 완전히 방전됨:전류가 0입니다.

이 진동은 프로세스가 완전히 멈출 때까지 회로의 표유 저항으로 인한 전력 손실로 인해 진폭이 꾸준히 감소하면서 계속됩니다.

전반적으로 이 동작은 진자의 동작과 유사합니다. 진자 질량이 앞뒤로 흔들릴 때 에너지가 전달되는 방식과 유사한 방식으로 운동(운동)에서 위치(높이)로 에너지 변환이 발생합니다. 커패시터/인덕터 회로에서 전류(전자의 운동 운동)와 전압(잠재적 전기 에너지)의 교류 형태로 앞뒤로.

진자의 각 스윙의 정점 높이에서 질량은 잠시 멈추고 방향을 전환합니다. 이 지점에서 위치 에너지(높이)는 최대이고 운동 에너지(운동)는 0입니다.

질량이 다른 방향으로 뒤로 물러날 때 끈이 아래로 향하는 지점을 빠르게 통과합니다. 이때 위치에너지(높이)는 0이고 운동에너지(운동)는 최대이다. 회로와 마찬가지로 진자의 앞뒤 진동은 공기 마찰(저항) 에너지 소산의 결과로 꾸준히 감쇠된 진폭으로 계속됩니다.

또한 회로와 마찬가지로 진자의 위치 및 속도 측정은 시간이 지남에 따라 두 개의 사인파(위상이 90도)를 추적합니다.

진자는 낮은 곳에서 높은 곳으로 스윙할 때 운동 에너지와 위치 에너지 사이에서 에너지를 전달합니다.

물리학에서는 기계 시스템에 대한 이러한 종류의 자연스러운 사인파 진동을 단순 조화 운동이라고 합니다. (종종 "SHM"으로 약칭됨). 동일한 기본 원리가 커패시터/인덕터 회로의 진동과 진자의 작용을 모두 제어하므로 사실상 유사합니다.

진자의 주기적인 시간이 질량 자체의 무게가 아니라 질량을 잡고 있는 끈의 길이에 의해 지배된다는 것은 모든 진자의 흥미로운 특성입니다. 이것이 진자가 진폭이 감소하는 진동과 동일한 주파수로 계속 흔들리는 이유입니다. 진동률은 양과 무관합니다. 저장된 에너지의 양입니다.

커패시터/인덕터 회로도 마찬가지입니다. 진동 속도는 파형의 각 피크에서 전압(또는 전류)의 양이 아니라 커패시터와 인덕터의 크기에 엄격하게 의존합니다.

이러한 회로가 진동 전압과 전류의 형태로 에너지를 저장하는 기능으로 인해 탱크 회로라는 이름이 붙었습니다. . 실제로 저장되는 에너지의 양에 관계없이 고유한 단일 주파수를 유지하는 특성은 전기 회로 설계에서 특별한 의미를 부여합니다.

그러나 이러한 진동 또는 공명 경향은 , 특정 주파수에서 그 목적을 위해 독점적으로 설계된 회로에 제한되지 않습니다. 사실, 커패시턴스와 인덕턴스가 결합된 거의 모든 AC 회로(일반적으로 "LC 회로"라고 함)는 AC 전원 주파수가 해당 고유 주파수에 접근할 때 비정상적인 효과를 나타내는 경향이 있습니다.

이것은 회로의 의도된 목적에 관계없이 사실입니다.

회로의 전원 주파수가 회로의 LC 조합의 고유 주파수와 정확히 일치하면 회로는 공진 상태에 있다고 합니다. . 이 공명의 상태에서 비정상적인 효과는 최대에 도달합니다.

이러한 이유로 우리는 L과 C의 다양한 조합에 대한 공진 주파수가 무엇인지 예측할 수 있어야 하고 공진의 영향이 무엇인지 알아야 합니다.

검토:

<울>

직접 연결된 커패시터와 인덕터는 탱크 회로라고 하는 것을 형성합니다. , 진동(또는 공명 ) 하나의 특정 주파수에서. 해당 주파수에서 에너지는 서로 90도 위상이 다른 교류 전압과 전류의 형태로 커패시터와 인덕터 사이에서 교대로 섞입니다.

AC 회로의 전원 주파수가 L 및 C 구성 요소에 의해 설정된 해당 회로의 고유 발진 주파수와 정확히 일치할 때 공진 조건 도달했습니다.

관련 워크시트:

<울>

무선 통신 기초 워크시트

공명 워크시트