منو
 کاربر Online
422 کاربر online

مدار RLC

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک جامد و الکترونیک > فیزیک الکترونیک
(cached)

مقاومت ، خازن و القاگر که به ترتیب با نمادهای C , L , R نشان داده می‌شوند، سه عنصر غیرفعال الکترونیکی (چون نیروی محرکه‌ای در درون خود ندارند) هستند که معمولا در مدارهای الکتریکی به اشکال مختلف به یکدیگر وصل می‌شوند. کلی‌ترین حالت زمانی است که هر سه عنصر در یک مدار وجود داشته باشند. این حالت را اصطلاحا مدار می‌گویند. برای اینکه بتوانیم این مدار را مورد مطالعه قرار دهیم، بهتر است که ابتدا سه حالت مدار تک مقاومتی ، مدار تک خازنی و مدار تک القاگر را مورد مطالعه قرار دهیم.

مدار مقاومتی

مداری را در نظر بگیرید که شامل یک مقاومت به اندازه و یک منبع نیروی محرکه الکتریکی متناوب است. با استفاده از قوانین کیرشهف می‌دانیم که اختلاف پتانسیل متناوب دو سر مقاومت به صورت است. در این رابطه فرکانس زاویه‌ای نیروی محرکه الکتریکی متناوب و دامنه ولتاژ است. با توجه به تعریف مقاومت می‌توان جریان گذرنده از مقاومت را نیز به صورت نوشت.

بدیهی است که بین دامنه ولتاژ و دامنه جریان رابطه برقرار است. در این حالت چون تنها مصرف کننده اهمی موجود در مدار ، مقاومت است، لذا اختلاف فاز جریان و مقاومت () صفر خواهد بود. اگر چنانچه رابطه منبع نیروی محرکه متناوب را به صورت بنویسیم، در این صورت رابطه جریان و ولتاژ دو سر مقاومت را می‌توان به صورت و نوشت.

مدار خازنی

اگر در مدار حالت قبل به جای مقاومت یک خازن قرار دهیم، در این صورت اختلاف پتانسیل متناوب دو سر خازن و جریان متناوب گذرنده از خازن به ترتیب به صورت و خواهد بود. همانگونه که از این رابطه روشن است، اختلاف پتانسیل و جریان هم‌فاز نیستند، بلکه به اندازه 90 درجه باهم اختلاف فاز دارند. به بیان دیگر ثابت در رابطه جریان برابر است. در مورد خازن کمیت جدیدی به نام راکتانس خازنی تعریف می‌شود.

رابطه راکتانس خازنی به صورت است. این کمیت نه تنها به ظرفیت خازن بلکه به فرکانس جریان نیز بستگی دارد. چون در دستگاه SI ، یکای ظرفیت را می‌توان به صورت ثانیه بر اهم نوشت و چون فرکانس زاویه‌ای عکس ثانیه است، لذای یکای از نوع یکای مقاومت یعنی اهم خواهد بود. بنابراین جریان را می‌توان به صورت نوشت.

مدار القایی

این مدار فقط شامل یک عنصر القایی و یک منبع نیروی محرکه الکتریکی متناوب است. اگر قوانین کیرشهف را در این مورد اعمال کنیم، در این صورت اختلاف پتانسیل متناوب دو سر القاگر به صورت حاصل می‌شود. همچنین رابطه جریان گذرنده از القاگر به صورت حاصل می‌شود. همانگونه که از این رابطه ملاحظه می‌شود، زاویه فاز میان و برابر درجه است.

بنابراین در این حالت اختلاف پتانسیل به اندازه 90 درجه از جریان جلو می‌افتد و یا تقدم فاز دارد. در این حالت نیز مانند مورد خازن می‌توانیم کمیت جدیدی به نام راکتانس القایی به صورت تعریف کنیم که یکای آن از نوع یکای مقاومت است و لذا رابطه جریان را به صورت بنویسیم.

مدار تک حلقه‌ای

فرض کنید در یک مدار خازن ، مقاومت و القاگر به صورت سری یا متوالی بسته شده‌اند و مدار شامل یک منبع نیروی محرکه الکتریکی متناوب است که به صورت تغییر می‌کند. دامنه نیروی محرکه القایی یا مقدار ماکزیمم آن است. چون سه عنصر گفته شده به صورت سری قرار گرفته‌اند، لذا با استفاده از قوانین کیرشهف ، اختلاف پتانسیل کل برابر با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر این عناصر خواهد بود. یعنی است. تمام جملات این معادله کمیت‌های سینوسی متغیر با زمان هستند که مقادیر بیشینه آنها به ترتیب شامل است.

همچنین به دلیل متوالی بودن عناصر جریان آنها یکسان خواهند بود و لذا رابطه جریان را می‌توان به صورت نوشت. اگر چنانچه اختلاف پتانسیل هر سه عنصر را در یک نمودار رسم کنیم، ملاحظه می‌کنیم که جریان با هم‌فاز بوده و از به اندازه 90 درجه جلوتر و از به اندازه 90 درجه عقب‌تر است. همچنین می‌توانیم رابطه اختلاف پتانسیل بیشینه را به صورت زیر بنویسیم:



همچنین در مورد مدار می‌توان کمیتی به نام امپدانس یا مقاومت ظاهری به صورت بیان کرد. همانگونه که ملاحظه می‌شود، بهتر است که کمیتها را به صورت مختلط بنویسیم تا محاسبات راحتتر و ساده‌تر باشد. با توجه به روابط فوق و نیز با استفاده از نمایش نموداری می‌توان ثابت فاز را به صورت بیان کرد.

توان در یک مدار

در یک مدار از یک انرژی تولید شده توسط مدار جریان متناوب ، مقداری در میدان الکتریکی خازن و مقدار دیگری در میدان مغناطیسی القاگر ذخیره می‌شود و مقداری هم به صورت انرژی گرمایی در مقاومت تلف می‌شود. در حالت پایا که اندک زمانی بعد از اعمال نیروی محرکه الکتریکی متناوب در مدار برقرار می‌شود، ‌مقدار انرژی ذخیره شده در خازن و القاگر ثابت می‌ماند. بنابراین شارش خالص انرژی ، از مولد به مقاومت صورت می‌گیرد که از شکل الکترومغناطیسی به شکل گرمایی تبدیل می‌شود.

آهنگ لحظه‌ای انتقال انرژی در مدار یا توان لحظه‌ای را می‌توان به صورت بیان کرد. از طرف دیگر ، چون مقدار متوسط به ازای هر زاویه متغیر ، برابر است، ‌لذا توان متوسط به صورت خواهد بود.

معمولا در مورد عناصر موجود در جریانهای متناوب کمیتی به نام جذر میانگین مربعی که با اندیس نشان می‌دهند،‌ تعریف می‌شود. به عنوان مثال ، در مورد جریان I () جذر میانگین مربعی را به صورت نشان می‌دهیم. دلیل این تعریف جدید را می‌توان اینگونه بیان کرد که وسایل اندازه‌گیری جریان متناوب مانند آمپرسنج و ولت‌سنج معمولا برای خواندن مقادیر , , درج می‌شوند.

به بیان دیگر ، وقتی که دو سر ولت‌سنج جریان متناوب را به پریز برق خانه وصل می‌کنیم،‌ عدد 220 ولت را می‌خوانیم که همان ولتاژ است. بنابراین در نهایت می‌توان توان متوسط را به صورت نوشت که را ضریب توان می‌گویند.

شرط توان بیشینه در یک مدار

اگر در یک مدار بخواهیم بیشینه توان به مقاومت داده شود، باید ضریب توان ، را تا حد امکان نزدیک به واحد اختیار کنیم. این کیفیت هم‌ارز با این است که ثابت فاز را تا حد امکان به صفر نزدیک کنیم. مثلا هرگاه در مداری ، بار القایی شدید باشد، می‌توان با افزودن بار خازنی به مدار ، راکتانس مدار را کاهش داد تا با کم شدن ثابت فاز ضریب توان افزایش پیدا کند. در صنایعی که با مصرف توان سروکار دارند، معمولا در سرتاسر سیستم انتقال توان ، خازنهایی به همین منظور قرار می‌دهند.

مباحث مرتبط با عنوان





تعداد بازدید ها: 86472


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..