berita

Apa yang terjadi jika Anda memasang induktor dan kapasitor di sirkuit? Sesuatu yang keren—dan itu sebenarnya penting.
Anda dapat membuat berbagai jenis induktor, tetapi jenis yang paling umum adalah kumparan silinder-solenoid.
Ketika arus melewati loop pertama, menghasilkan medan magnet yang melewati loop lainnya. Kecuali amplitudo berubah, medan magnet tidak akan berpengaruh apa pun. Medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik di sirkuit lain. Arahnya Medan listrik ini menghasilkan perubahan potensial listrik seperti baterai.
Yang terakhir, kita mempunyai alat dengan beda potensial sebanding dengan laju perubahan arus terhadap waktu (karena arus menghasilkan medan magnet). Hal ini dapat ditulis sebagai:
Ada dua hal yang perlu diperhatikan dalam persamaan ini. Pertama, L adalah induktansi. Ini hanya bergantung pada geometri solenoid (atau bentuk apa pun yang Anda miliki), dan nilainya diukur dalam bentuk Henry. Kedua, ada minusnya. tanda. Artinya perubahan potensial pada induktor berlawanan dengan perubahan arus.
Bagaimana perilaku induktansi dalam rangkaian? Jika Anda memiliki arus konstan, maka tidak ada perubahan (arus searah), sehingga tidak ada beda potensial pada induktor-itu bertindak seolah-olah tidak ada. Jika ada arus frekuensi tinggi (rangkaian AC), akan ada beda potensial yang besar melintasi induktor.
Demikian pula, ada banyak konfigurasi kapasitor yang berbeda. Bentuk paling sederhana menggunakan dua pelat konduktif paralel, masing-masing bermuatan (tetapi muatan bersihnya nol).
Muatan pada pelat-pelat ini menimbulkan medan listrik di dalam kapasitor. Karena adanya medan listrik, potensial listrik antar pelat juga harus berubah. Nilai beda potensial ini bergantung pada besarnya muatan. Beda potensial pada kapasitor dapat berupa ditulis sebagai:
Di sini C adalah nilai kapasitansi dalam farad-ini juga hanya bergantung pada konfigurasi fisik perangkat.
Jika arus masuk ke kapasitor maka nilai muatan pada papan akan berubah. Jika terdapat arus yang konstan (atau frekuensi rendah), arus akan terus menambah muatan pada pelat untuk meningkatkan potensial, sehingga lama kelamaan potensial pada akhirnya akan berubah. menjadi seperti rangkaian terbuka, dan tegangan kapasitor akan sama dengan tegangan baterai (atau catu daya). Jika Anda memiliki arus frekuensi tinggi, muatan akan ditambahkan dan diambil dari pelat di kapasitor, dan tanpa muatan akumulasi, kapasitor akan berperilaku seolah-olah tidak ada.
Misalkan kita mulai dengan kapasitor bermuatan dan menghubungkannya ke induktor (tidak ada hambatan di rangkaian karena saya menggunakan kabel fisik yang sempurna). Bayangkan momen ketika keduanya terhubung. Dengan asumsi ada saklar, maka saya bisa menggambar diagram berikut.
Inilah yang terjadi. Pertama, tidak ada arus (karena saklar terbuka). Begitu saklar ditutup, akan ada arus, tanpa hambatan, arus ini akan melonjak hingga tak terbatas. Namun, peningkatan arus yang besar ini berarti bahwa potensial yang dihasilkan pada induktor akan berubah. Pada titik tertentu, perubahan potensial pada induktor akan lebih besar daripada perubahan pada kapasitor (karena kapasitor kehilangan muatan seiring arus mengalir), dan kemudian arus akan berbalik dan mengisi ulang kapasitor .Proses ini akan terus berulang-ulang karena tidak ada perlawanan.
Disebut rangkaian LC karena memiliki induktor (L) dan kapasitor (C) -Saya rasa ini sudah jelas. Perubahan potensial di seluruh rangkaian harus nol (karena merupakan siklus) sehingga saya dapat menulis:
Q dan I keduanya berubah seiring berjalannya waktu. Ada hubungan antara Q dan I karena arus adalah laju waktu perubahan muatan yang meninggalkan kapasitor.
Sekarang saya memiliki persamaan diferensial orde kedua untuk variabel muatan. Ini bukanlah persamaan yang sulit untuk diselesaikan-bahkan, saya dapat menebak solusinya.
Ini hampir sama dengan penyelesaian massa pada pegas (hanya dalam hal ini yang diubah posisinya, bukan muatannya). Tapi tunggu dulu! Kita tidak perlu menebak-nebak penyelesaiannya, Anda juga bisa menggunakan perhitungan numerik untuk menyelesaikannya. selesaikan masalah ini. Mari saya mulai dengan nilai-nilai berikut:
Untuk menyelesaikan soal ini secara numerik, saya akan memecah soal menjadi langkah-langkah waktu kecil. Pada setiap langkah waktu, saya akan:
Menurut saya ini cukup keren. Bahkan lebih baik lagi, Anda dapat mengukur periode osilasi rangkaian (gunakan mouse untuk mengarahkan kursor dan mencari nilai waktu), lalu gunakan metode berikut untuk membandingkannya dengan frekuensi sudut yang diharapkan:
Tentu saja, Anda dapat mengubah beberapa konten dalam program dan melihat apa yang terjadi-silakan saja, Anda tidak akan menghancurkan apa pun secara permanen.
Model di atas tidak realistis. Rangkaian nyata (terutama kabel panjang pada induktor) memiliki hambatan. Jika saya ingin memasukkan resistor ini ke dalam model saya, rangkaiannya akan terlihat seperti ini:
Hal ini akan mengubah persamaan loop tegangan. Sekarang juga akan ada istilah untuk penurunan potensial pada resistor.
Saya dapat kembali menggunakan hubungan antara muatan dan arus untuk mendapatkan persamaan diferensial berikut:
Setelah menambahkan resistor, persamaan ini akan menjadi lebih sulit, dan kita tidak bisa hanya “menebak” solusinya. Namun, seharusnya tidak terlalu sulit untuk memodifikasi perhitungan numerik di atas untuk menyelesaikan masalah ini. Faktanya, satu-satunya perubahan adalah adalah garis yang menghitung turunan kedua muatan. Saya menambahkan istilah di sana untuk menjelaskan resistansi (tetapi bukan orde pertama). Dengan menggunakan resistor 3 ohm, saya mendapatkan hasil sebagai berikut (tekan lagi tombol putar untuk menjalankannya).
Ya, Anda juga dapat mengubah nilai C dan L, namun hati-hati. Jika terlalu rendah, frekuensinya akan sangat tinggi dan Anda perlu mengubah ukuran langkah waktu ke nilai yang lebih kecil.
Saat Anda membuat suatu model (melalui analisis atau metode numerik), terkadang Anda tidak begitu tahu apakah model tersebut legal atau sepenuhnya palsu. Salah satu cara menguji model adalah dengan membandingkannya dengan data sebenarnya. Mari kita lakukan ini. Ini milik saya pengaturan.
Begini cara kerjanya. Pertama, saya menggunakan tiga baterai tipe D untuk mengisi daya kapasitor. Saya dapat mengetahui kapan kapasitor hampir terisi penuh dengan melihat voltase pada kapasitor. Selanjutnya, lepaskan baterai lalu tutup sakelar ke lepaskan kapasitor melalui induktor. Resistor hanya sebagian dari kabel-saya tidak memiliki resistor terpisah.
Saya mencoba beberapa kombinasi kapasitor dan induktor yang berbeda, dan akhirnya berhasil. Dalam hal ini, saya menggunakan kapasitor 5 μF dan trafo tua yang tampak jelek sebagai induktor saya (tidak ditampilkan di atas). Saya tidak yakin tentang nilainya induktansinya, jadi saya hanya memperkirakan frekuensi sudut dan menggunakan nilai kapasitansi yang saya ketahui untuk menyelesaikan induktansi 13,6 Henry. Untuk resistansi, saya mencoba mengukur nilai ini dengan ohmmeter, tetapi menggunakan nilai 715 ohm dalam model saya sepertinya berhasil terbaik.
Ini adalah grafik model numerik saya dan tegangan terukur di rangkaian sebenarnya (saya menggunakan probe tegangan diferensial Vernier untuk mendapatkan tegangan sebagai fungsi waktu).
Ini bukan kecocokan yang sempurna-tapi cukup dekat bagi saya. Jelas, saya dapat menyesuaikan parameternya sedikit agar lebih pas, tapi menurut saya ini menunjukkan bahwa model saya tidak gila.
Ciri utama rangkaian LRC ini adalah ia memiliki beberapa frekuensi natural yang bergantung pada nilai L dan C. Misalkan saya melakukan sesuatu yang berbeda. Bagaimana jika saya menghubungkan sumber tegangan osilasi ke rangkaian LRC ini? Arus maksimum pada rangkaian tergantung pada frekuensi sumber tegangan osilasi. Bila frekuensi sumber tegangan dan rangkaian LC sama maka akan diperoleh arus maksimum.
Tabung dengan aluminium foil adalah kapasitor, dan tabung dengan kawat adalah induktor. Bersama dengan (dioda dan lubang suara) ini merupakan radio kristal. Ya, saya menyatukannya dengan beberapa perlengkapan sederhana (saya mengikuti instruksi di YouTube ini video).Ide dasarnya adalah menyesuaikan nilai kapasitor dan induktor agar "menyetel" stasiun radio tertentu.Saya tidak dapat membuatnya berfungsi dengan baik-menurut saya tidak ada stasiun radio AM yang bagus di sekitar (atau induktor saya rusak). Namun, menurut saya perangkat radio kristal lama ini berfungsi lebih baik.
Saya menemukan stasiun yang hampir tidak dapat saya dengar, jadi menurut saya radio buatan saya mungkin tidak cukup baik untuk menerima stasiun. Tetapi bagaimana sebenarnya cara kerja rangkaian resonansi RLC ini, dan bagaimana Anda mendapatkan sinyal audio darinya? Mungkin Saya akan menyimpannya di postingan mendatang.
© 2021 Condé Nast.semua hak dilindungi undang-undang.Dengan menggunakan situs web ini, Anda menerima perjanjian pengguna dan kebijakan privasi serta pernyataan cookie kami, serta hak privasi California Anda.Sebagai bagian dari kemitraan afiliasi kami dengan pengecer, Wired dapat menerima sebagian dari penjualan dari produk yang dibeli melalui situs web kami. Tanpa izin tertulis sebelumnya dari Condé Nast, materi di situs web ini tidak boleh disalin, didistribusikan, dikirim, disimpan dalam cache, atau digunakan dengan cara lain. Pemilihan iklan