Srovės Stiprio Priklausomybė Nuo Dažnio

Įvadas

Elektros srovė yra kryptingas elektros krūvių judėjimas. Srovės stipris - tai krūvis, pratekantis per laidininko skerspjūvį per laiko vienetą. Šiame straipsnyje nagrinėsime, kaip srovės stipris priklauso nuo dažnio įvairiose elektros grandinėse ir prietaisuose. Mes išnagrinėsime įvairius eksperimentus ir reiškinius, iliustruojančius šią priklausomybę.

Magnetinio lauko kūrimas aplink laidininką

Tiesus laidininkas, kuriuo teka elektros srovė, sukuria magnetinį lauką. Magnetinės indukcijos linijos apjuosia laidininką. Srovės stiprį ir kryptį galima keisti, taip pat keičiasi ir magnetinis laukas.Laidų vija, kuria teka elektros srovė, taip pat sukuria magnetinį lauką. Srovės kryptį, stiprį ir vijų skaičių galima keisti, taip pat keičiasi ir magnetinis laukas. Ritė su metaliniu strypu taip pat sukuria magnetinį lauką, kai ja teka elektros srovė. Galima keisti srovės stiprį ir kryptį, taip pat vijų skaičių. Strypo vidinė sandara skiriasi, kai rite teka ir kai neteka srovė.

Elektromagnetinė indukcija

Nuolatinis magnetas sukuria magnetinį lauką, kurio indukcijos linijos yra aiškiai matomos. Jei šalia nuolatinio magneto yra ritė su prijungtu galvanometru, judinant magnetą ritės atžvilgiu, ritėje indukuojasi srovė. Tai rodo galvanometro rodyklės judėjimas. Indukuotosios srovės kryptis ir jos sukurto magnetinio lauko indukcijos linijos priklauso nuo magneto judėjimo krypties. Šį procesą galima stebėti bandyme su aiškiai iliustruotomis srovės kryptimis bei magnetinės indukcijos linijomis. Vaizdą galima pasukti 90 laipsnių kampu.

Laidas magnetiniame lauke

Laidas, kurį galima judinti magnetiniame lauke, patiria jėgą, kuri priklauso nuo srovės stiprio, magnetinio lauko stiprio ir laido ilgio.

Elektros grandinės su rite ir varža

Elektrinė grandinė iš lygiagrečiai sujungtų dviejų lempučių, kur viena lemputė nuosekliai sujungta su varžu, o kita su rite (su geležine šerdimi), leidžia stebėti skirtingą srovės stiprio priklausomybę nuo dažnio. Šerdį galima ištraukti, o vijų skaičių - keisti. Kitoje grandinėje lemputė su rite yra sujungtos lygiagrečiai.

Taip pat skaitykite: Kaip dažnis veikia srovės stiprį?

Generatorius

Generatorius veikia elektromagnetinės indukcijos principu. Rėmelis sukasi magnetiniame lauke, o jo sukimosi greitį galima reguliuoti. Rodomos nuolatinių magnetų indukcijos linijos bei indukuotosios srovės kryptis. Šalia rodomas srovės stiprio priklausomybės nuo laiko grafikas.

Virpesių kontūras

Virpesių kontūras (kondensatorius ir ritė) su dviejų pozicijų jungikliu leidžia pakrauti kondensatorių. Galima keisti kondensatoriaus plokštelių plotą (keičiasi C) ir ritės vijų skaičių (keičiasi L). Sujungus virpesių kontūrą, pradeda tekėti srovė, kuri stiprėja palaipsniui, atvaizduojamas kaip vienos spalvos vektorius, o ritėje atsiranda priešingos krypties kitos spalvos vektorius. Virpesių kontūras prijungtas prie maitinimo šaltinio per triodą (tranzistorių) ir ritę. Virpesių kontūras, kondensatoriaus plokšteles galima maksimaliai nutolinti. Struktūrinė schema akcentuoja pagrindinius elementus, jų funkcijas, signalo kitimą. Galima keisti kondensatoriaus talpą.

Kineskopo sandara

Kineskopo sandara (dvi poros kondensatoriaus plokštelių) leidžia stebėti elektronų pluošto judėjimą. Vaizdą galima matyti iš šono ir iš priekio.

Radiolokacija

Radiolokatoriaus antena išsiunčia ir priima signalus (bangelę). Radiolokatoriaus ekranas atvaizduoja priimtus signalus.

Gunno reiškinys

Gunno reiškinys (Gãno reiškinỹs) - savaiminis mikrobangų dažnio elektros srovės virpesių atsiradimas puslaidininkiuose, kurių srovės priklausomybė nuo elektrinio lauko stiprio turi neigiamojo diferencialinio laidumo sritį. Ši sritis atsiranda dėl krūvininkų dreifo greičio mažėjimo didėjant elektrinio lauko stipriui, kai elektrinio lauko reikšmė viršija tam tikrą slenkstinę reikšmę Es. Elektroninis laidumas galio arsenido GaAs kristaluose Es apie 3,5 kV/cm. Neigiamąjį diferencialinį laidumą lemia sudėtinga (daugiaslėnė) puslaidininkio laidumo juostos sandara. Veikiant stipriam elektriniam laukui dalis elektronų iš pagrindinio slėnio patenka į šalutinius, kur jų efektinė masė didesnė, todėl sumažėja krūvininkų vidutinis judris. Gana stipriuose elektriniuose laukuose (E > Es), kai šalutiniuose slėniuose gerokai padidėja elektronų tankis, jų dreifo greitis pradeda mažėti didėjant elektrinio lauko stipriui - atsiranda neigiamojo diferencialinio laidumo sritis.

Taip pat skaitykite: Srovės ir įtampos analizė

Ši būsena yra elektriškai nestabili - prasideda savaiminis erdvinio krūvio kaupimasis ten, kur elektrinis laidumas nevienalytis. Dėl šios priežasties prie katodo formuojasi labai stipraus elektrinio lauko (iki 100 kV/cm) siaura sritis - elektrinis domenas. Per elektrinio domeno formavimosi laiką (apie 10-12 s) kitoje puslaidininkinio kristalo dalyje elektrinio lauko stipris ir per kristalą tekanti srovė mažėja, kol nusistovi tam tikra stabili būsena. Elektrinis domenas, veikiamas elektrinio lauko, juda išilgai kristalo apie 107 cm/s greičiu. Domenui pasiekus anodą srovė padidėja, bet prie katodo iš karto pradeda formuotis kitas elektrinis domenas ir srovė vėl sumažėja. Šių elektros srovės virpesių dažnis f = v/l; čia v - elektrinio domeno greitis, l - kristalo ilgis (atstumas tarp katodo ir anodo). Jei l = 10 µm, f = 10 GHz. Gunno reiškinys naudojamas 3-100 GHz dažnių ruožo elektriniams virpesiams žadinti ir stiprinti. Gunno reiškiniu nustatytas elektroninis laidumas indžio fosfido InP, indžio stibido InSb, germanio Ge, indžio galio arsenido InGaAs ir kituose puslaidininkiniuose kristaluose.

Paviršinės elektrinės varžos matavimas

Paviršinės elektrinės varžos matavimo prietaisas naudojamas matuoti medžiagos paviršiaus laidumą.

Feroelektrinių plonų sluoksnių tyrimas

Prietaisas skirtas matuoti feroelektrinių plonų sluoksnių poliarizacijos priklausomybę nuo išorinio elektrinio lauko (dielektrinės histerezės) ir jos priklausomybę nuo dažnio.

Kintamoji elektros srovė

Kintamoji elektros srovė kinta laiko atžvilgiu: i = i(t); i - akimirkinė elektros srovės stiprio vertė, t - laikas. Jei elektros srovės bet kurio parametro vertės nuosekliai pasikartoja per lygius laiko tarpus T, kintamoji elektros srovė yra periodinė. Periodinių verčių kitimo dažnis vadinamas kintamosios elektros srovės dažniu, kampinis dažnis 2 πf = ω. Jei grandinė tiesinė, t. y. jos elementų varža, induktyvumas, talpa pastovūs, prie grandinės gnybtų prijungtai įtampai arba elektrovarai kintant sinuso dėsniu taip pat kinta ir srovės stipris. Didžiausia sinusinės srovės stiprio vertė per periodą vadinama amplitude (žymima Im arba Imax). Efektinė kintamosios elektros srovės stiprio vertė atitinka stiprį nuolatinės srovės, kuri toje pačioje varžoje išskiria tiek pat šilumos, kaip tiriama kintamoji elektros srovė.

Akimirkinės sinusinės kintamosios elektros srovės stipris i = Im sin(ωt + α); čia t - laikas, α - pradinė kintamosios elektros srovės fazė, priklausanti nuo grandinės parametrų (induktyvumo, talpos ir aktyviosios varžos). Sinusinės kintamosios elektros srovės stiprį ir įtampą galima vaizduoti vektoriais (jų tarpusavio ryšius - vektorine diagrama) arba kompleksiniais skaičiais (simbolinis metodas), atitinkančiais diagramos vektorius. Nesinusinę kintamosios elektros srovę galima išskaidyti į daugelį sinusinių dedamųjų, todėl kintamosios elektros srovės teorija tinka ir nesinusinėms kintamosioms elektros srovėms. Daugumos šalių, t. p. ir Lietuvos, energetikos sistemų standartinis kintamosios elektros srovės dažnis yra 50 Hz (Jungtinėse Amerikos Valstijose, Japonijoje - 60 Hz). Gaminti kintamąją elektros srovę mokėta jau 19 a.

Taip pat skaitykite: Sužinokite apie ribinį srovės tankį

Klausimai ir atsakymai apie elektromagnetinius virpesius ir bangas

• Klausimas #1: Ritė su feromagnetine šerdimi paeiliui įjungiama į nuolatinės ir kintamosios srovės grandines, kuriose įtampa vienoda. Ar vienodo stiprio srovė ja teka?
• Klausimas #2: Kokį vaidmenį virpesių kontūre vaidina induktyvumas ir talpa?
• Klausimas #3: Kokią reikšmę turi virpesių kontūro ritės aktyvioji varža?
• Klausimas #4: Ar pakinta kontūro laisvųjų virpesių dažnis, jeigu padidėja ritės aktyvioji varža, o kiti parametrai nekinta?
• Klausimas #5: Kokiais atvejais kontūre susidaro neslopinamieji elektromagnetiniai virpesiai?
• Klausimas #6: Kam eikvojama elektromagnetinių virpesių kontūro energija?
• Klausimas #7: Kodėl kartais virpesių kontūre įjungiamas kintamosios talpos kondensatorius arba kintamojo induktyvumo ritė?
• Klausimas #8: Kaip galima padidinti energiją, eikvojamą virpesių kontūre elektromagnetinėms bangoms spinduliuoti?
• Klausimas #9: Kaip pasikeis laisvieji virpesiai kontūre, kurio aktyviosios varžos galima nepaisyti, jeigu jo talpa padidės trigubai, o induktyvumas trigubai sumažės?
• Klausimas #10: Kaip pasikeis laisvųjų virpesių periodas kontūre, kurio R = 0, jeigu induktyvumas padidės dvigubai, o talpa - keturgubai?
• Klausimas #11: Kaip pakis laisvųjų elektromagnetinių virpesių periodas kontūre, sudarytame iš ritės ir kondensatoriaus, kai ritės induktyvumas sumažės 2 kartus, o kondensatoriaus talpa nepasikeis?
• Klausimas #12: Stačiakampiai vieliniai rėmeliai sukasi pastoviu kampiniu greičiu vienalyčiame magnetiniame lauke. Kuriame grafike teisingai pavaizduota srovės stiprio priklausomybė nuo laiko?
• Klausimas #13: Kintamosios srovės generatoriaus rotorius, kurio vienos vijos plotas 0,01 m2, pastoviu 50 aps/s dažniu sukasi vienalyčiame magnetiniame lauke. Magnetinio lauko indukcija 2 T. Kam lygi kiekvienoje vijoje atsiradusios indukcinės evi amplitudė?
• Klausimas #14: Lempa ir kondensatorius nuosekliai įjungti į apšvietimo tinklą. Kaip pasikeistų lempos įkaitimas, jeigu prie pirmojo kondensatoriaus lygiagrečiai prijungtume dar vieną kondensatorių?
• Klausimas #15: Lempa ir kondensatorius nuosekliai įjungti i apšvietimo tinklą. Kaip pasikeistų lempos įkaitimas, jeigu kondensatorių pramuštų ir grandinė toje vietoje susijungtų?
• Klausimas #16: Vienu metu grandine teka nuolatinė ir aukšto dažnio kintamoji elektros srovė. Kokia srovė tekės grandinės šakomis?
• Klausimas #17: Kuriame grafike nubrėžta aktyviosios varžos kintamosios srovės grandinėje priklausomybė nuo dažnio?
• Klausimas #18: Kaip uždarame virpesių kontūre pakinta elektromagnetinių virpesių dažnis, jeigu į ritę įdedama geležinė šerdis?
• Klausimas #19: Kaip uždarame virpesių kontūre pakinta elektromagnetinių virpesių dažnis, padidinus atstumą tarp kondensatoriaus plokščių?
• Klausimas #20: Ar skiriasi laisvieji virpesiai vienodų parametrų kontūruose, jeigu kontūrų kondensatoriai buvo įkrauti juos prijungus prie šaltinių, kurių evj skirtingos?
• Klausimas #21: Nubrėžti dviejų kontūrų slopinamųjų virpesių grafikai. Kuo skiriasi tie kontūrai?
• Klausimas #22: Kur sukaupta laisvųjų virpesių energija virpesių kontūre, kai t = 1/8 T nuo kondensatoriaus išsikrovimo pradžios?
• Klausimas #23: Kokiu laiko momentu nuo kondensatoriaus išsikrovimo pradžios laisvųjų virpesių energija kontūre sukaupta tik kondensatoriuje?
• Klausimas #24: Kaip pasikeis kondensatoriumi pratekančios srovės stiprio virpesių amplitudė, kondensatoriaus virpesių dažnį padidinus 2 kartus, o įtampos virpesių amplitudę palikus nepakeistą?
• Klausimas #25: Kaip pasikeis rite tekančios srovės stiprio virpesių amplitudė, ritės gnybtų įtampos virpesių dažnį padidinus 2 kartus, o įtampos virpesių amplitudę palikus nepakeistą? Ritės aktyviosios varžos nepaisykite.
• Klausimas #26: 10 omų aktyvioji varža įjungta į 10 Hz dažnio kintamosios srovės grandinę. Kam lygi srovės stiprio virpesių amplitudė, kai aktyviosios varžos gnybtų įtampos virpesių amplitudė lygi 20 V?
• Klausimas #27: Vykstant elektromagnetiniams virpesiams, įtampa kintamosios srovės grandinėje kinta nuo +50 V iki -50 V. Kam lygi įtampos efektinė vertė?
• Klausimas #28: Į w = 100 s-1 kampinio dažnio kintamosios srovės grandinę įjungtas 100 |uF talpos kondensatorius. įtampos virpesių amplitudė lygi 100 V. Kam lygi srovės stiprio grandinėje virpesių amplitudė?
• Klausimas #29: Į kintamosios srovės, kurios kampinis dažnis w = 100 s-1, grandinę įjungta 100 mH induktyvumo ritė. Ritės įtampos virpesių amplitudė lygi 100 V. Kam lygi srovės stiprio grandinėje virpesių amplitudė?
• Klausimas #30: Kaip pasikeis laisvųjų elektromagnetinių virpesių periodas kontūre, jeigu vienu metu induktyvumą ir talpą padidinsime 2 kartus?
• Klausimas #31: Kam lygus fazių skirtumas tarp kondensatoriaus plokščių įtampos ir srovės stiprio virpesių kontūre?
• Klausimas #32: Į virpamąjį kontūrą, kurio kokybė (slopinimui atvirkščias dydis) lygi 50, nuosekliai įjungtas 2 V kintamosios įtampos šaltinis. Srovės stiprio kontūre priklausomybė nuo šaltinio įtampos virpesių dažnio pavaizduota grafike. Koks būtų maksimalus srovės stipris kontūre, jeigu aktyvioji varža padidėtų 2 kartus?
• Klausimas #33: Koks butų įtampos kritimas ant kondensatoriaus plokščių, jeigu aktyvioji kontūro varža padidėtų 2 kartus?
• Klausimas #34: Kuris iš pateiktų teiginių teisingas vykstant rezonansui kintamosios srovės elektrinėje grandinėje, sudarytoje iš nuosekliai sujungtų aktyviosios varžos, kondensatoriaus ir ritės?
• Klausimas #35: Kam rezonanso metu lygus fazių skirtumas tarp srovės stiprio ir įtampos kintamosios srovės grandinėje, kuri sudaryta iš nuosekliai sujungtos ritės, kondensatoriaus ir aktyviosios varžos?
• Klausimas #36: Laidininku teka pulsuojanti elektros srovė. Kaip išskirti šios srovės pastoviąją ir kintamąją dedamąsias?
• Klausimas #37: Elektroniniu oscilografu tyrinėjama harmoningai kintanti įtampa u = U0coswt (w ir U0 - pastovūs dydžiai). Kaip pasikeistų ekrane matomos kreivės forma, jei būtų padidintas skleidimo įtampos kitimo periodas?
• Klausimas #38: Kokie fizikiniai dydžiai kinta, vykstant elektromagnetiniams virpesiams virpesių kontūre?
• Klausimas #39: Ketvirtadalį periodo nuo kondensatoriaus išsikrovimo pradžios elektros srovė virpesių kontūre teka dėl potencialų skirtumo tarp kondensatoriaus plokštelių. Kas palaiko elektros srovę kito periodo ketvirtadalį, kai atsiradęs tarp kondensatoriaus plokštelių potencialų skirtumas neleidžia srovei tekėti?
• Klausimas #40: Virpesių kontūre buvo pakeistas kondensatoriaus pradinio krūvio didumas. Kokios kontūre atsirandančių svyravimų charakteristikos gali dėl to pakisti?
• Klausimas #41: Kiek vijų turi būti transformatoriaus antrinėje apvijoje, kad būtų galima padidinti įtampą nuo 20 V iki 100 V, kai pirminėje apvijoje yra 100 vijų?
• Klausimas #42: Transformatorius, dirbdamas tuščiąją eiga, ima iš tinklo mažai energijos. Kam ji eikvojama? Koks tada pirminėje grandinėje būna fazių skirtumas?
• Klausimas #43: Kas bus, jeigu transformatorių, apskaičiuotą 127 V įtampai, įjungsime į 110 V nuolatinės srovės grandinę?
• Klausimas #44: Kokiais postulatais pagrįsta Maksvelo elektromagnetinio lauko teorija?
• Klausimas #45: Kokios lauko charakteristikos periodiškai kinta sklindančioje elektromagnetinėje bangoje?
• Klausimas #46: Kada atveju elektromagnetinė banga perduoda jos kelyje esančiam kontūrui daugiausia energijos?
• Klausimas #47: Radijo imtuvo kontūras suderintas su radijo stotimi, transliuojančia laidą 38 m banga. Kaip reikia pakeisti imtuvo virpesių kontūro kondensatoriaus talpą, kad imtuvas būtų suderintas 19 m bangai?
• Klausimas #48: Elektromagnetinė banga plinta į dešinę. Magnetinės indukcijos momentinė vertė tam tikrame spindulio taške vaizduojama vektoriumi, esančiu horizontalioje plokštumoje ir einančiu nuo mūsų. Kokios krypties yra tame taške esančio elektrono pagreitis?

tags: #sroves #stiprio #priklausomybe #nuo #daznio