נושא 4: זרם חילופין.

Παρουσίαση με θέμα: "נושא 4: זרם חילופין."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 נושא 4: זרם חילופין

2 בפרק זה קבלים סלילים גל חילופין רכיבים חשמליים בזרם חילופין
וקטורים ופאזורים

3 תזכורת: חוקים מתמטיים יחידות גודל

4 קבלים בין שני לוחות אינסופיים טעונים במטען הפוך (q) וצפיפות מטען ( ) זהה הפוטנציאל (V) שווה. השדה בין הלוחות קבוע  לכן:  מחוץ ללוחות השדה מתאפס ו- d

5 קבלים קבל ( Condenser, Capacitor) הוא רכיב חשמלי בעל יכולת לאגור מטען חשמלי ולפרוק אותו ציורו של הקבל במעגל החשמלי הוא כמצויר למטה,ונהוג לציינו באות C

6 קבלים קבל לוחות פשוט מורכב משני לוחות טעונים במטענים שווים והפוכים. -
+ - סוללה מפסק קבל לוחות פשוט מורכב משני לוחות טעונים במטענים שווים והפוכים. + - -q +q

7 קבלים היחידות של קיבול: 1 farad = 1 C / volt
הגדרת הקיבול ויחידותיו המטען על כל לוח של הקבל פרופורציוני להפרש הפוטנציאלים. קבוע הפרופורציה נקרא קיבול וסימנו C (מהמילה capacitance). היחידות של קיבול: 1 farad = 1 C / volt q=C*ΔV + - -q +q

8 קבלים קבל גלילי קבל כדורי - - - + - + + - + + + + - - - -

9 קבלים קבל דיגיטלי 2.8 LEGACY דגם LCA280DBL

10 התנהגות הקבל במעגלי זרם ישר
קבלים התנהגות הקבל במעגלי זרם ישר דוגמאות למעגל חשמלי כולל רכיבים בעלי התנגדות (R) וקיבול (C) ואשר כיוון הזרם בו קבוע סוללה נגד מפסק קבל

11 קבלים חיבור קבלים בטור

12 קבלים חיבור קבלים בטור

13 קבלים חיבור קבלים במקביל

14 קבלים טעינת קבל במעגל RC

15 קבלים פריקת קבל במעגל RC

16 סלילים סליל, או משרן (Inductor) רכיב המשלים לקבל, בעל יכולת לאגור זרם, תוך הגדלת השדה המגנטי האגור בו. צורתו הקלאסית היא גליל מחומר כלשהו ("ליבה", החומר יכול להיות גם הריק) שמלופפים עליו ליפופים של תיל חשמלי בצורת סליל כסלילי הבורג ומכאן שמו. אנו נדון בהרחבה בתכונותיו של הסליל בפרק "מגנטיות"

17 סלילים כוונתו הבסיסית של הסליל היא השראות, שהיא יכולתו להתנגד לשינויים בזרם העובר דרכו. כל אימת שיש שינוי בזרם העובר דרכו, הסליל יוצר כוח אלקטרומגנטי נגדי אשר בא להתנגד לשינוי. ציורו של הסליל במעגל החשמלי הוא כמצויר למטה,ונהוג לציינו באות L

18 סלילים

19 סלילים מעגל RL- נגד וסליל
כמו שאמרנו, במעגל שכולל נגד וקבל העברת המפסק למצב a גורמת לטעינת הקבל בקצב הנקבע ע"י קבוע הזמן של המעגל ולא באופן מידי. Vs סיטואציה דומה קיימת במעגל שכולל סליל ונגד. העברת המפסק למצב a גורמת לזרימת זרם במעגל. הזרם גדל, ולכן מושרה זרם בכיוון הפוך המעכב את הגידול. ללא הסליל, הזרם יגדל מיד לערך של Vs/R. נוכחות הסליל גורמת שהגידול יהיה בקצב שנקבע ע"י הנגד והמשרן.

20 סלילים מעגל RL- נגד וסליל לאחר שהמפסק היה במצב a זמן רב בהשוואה לקבוע הזמן של המעגל מעבירים אותו למצב b. המקור מנוטרל מהמעגל. הזרם בנגד קטן ולכן הזרם המושרה הוא באותו כיוון ומעכב את הדעיכה.

21 2.סלילים טעינת סליל במעגל RL

22 3. גל חילופין (AC)

23 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים
אות הוא גודל פיזיקאלי המשתנה עם הזמן אותות מחזוריים: גדלים פיזיקאליים המשנים את תכונותיהם בצורה מחזורית. זרם ומתח חילופין הם אותות מחזוריים. לא כל אות מחזורי הוא בהכרח אות חילופין !!!

24 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים
תדר וזמן מחזור [ (Frequency (f)  &  Period (T ],  יחידות מדידה :  f - הרץ,  T – שניות. תדר הוא מספר מחזורי התנודה שמבצע אובייקט מתנודד כלשהו בשנייה אחת. במקרה של אות חילופין חשמלי מדובר במספר הפעמים שהמתח (או הזרם) מחליף קוטביות (כיוון) בשנייה אחת. כמו כן ישנו קשר בין התדר f לבין התדר הזויתי ω: ω= 2πf זמן המחזור הוא הזמן הנדרש להשלמת מחזור תנודה אחד. ככל שגבוהה התדירות מתקצר זמן המחזור. למשל, כשהתדירות היא 20 הרץ זמן המחזור הוא 0.05 שניות, וכשהיא 20,000 הרץ זמן המחזור הוא שניות. באופן מתמטי התדירות וזמן המחזור הם הופכיים f = 1/ T ז"א מכפלתם מניבה 1.

25 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים
זמן מחזור: זהו פרק הזמן הקצר ביותר שאחריו האות המחזורי חוזר על עצמו. T - זמן מחזור

26 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים (העשרה)
בציורים שלפנינו דוגמאות לאותות מחזוריים בתדרים שונים. ω= 5 ω = 1/T יחידות: הרץ - Hertz . )מחזורים לשניה) ω=½

27 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים
זווית מופע זוהי זווית נוספת המחוברת לזווית ωt. 360 מעלות מציינות מחזור שלם, כלומר 180 מעלות מציינות חצי מחזור. 90 מעלות מציינות רבע מחזור. Sin(ωt+360)= Sin(ωt) צריך

28 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים- דוגמא (העשרה)
כאשר רוטט האוויר 20 פעם בשנייה (תדר 20 הרץ) לכל הפחות או 20,000 פעם בשנייה (תדר 20 קילוהרץ) לכל היותר מתקבל אות שאפשר לשמוע. כדי שהאות יהיה חזק מספיק לשמיעה על הרטיטות להיות גדולות מספיק, כך שייווצר לחץ צליל (Sound Pressure) גבוה דיו על עור התוף.

29 3. גל חילופין (AC) גדלים המאפיינים אותות מחזוריים
תנופה Amplitude):) זהו הערך השיא שאליו מגיע האות A)) שיא-לשיא Peak to Peak):) זהו ההפרש בין הערכים הקיצוניים של האות Apk-pk = 2xA A Apk-pk

30 3. גל ישר (DC) וגל חילופין (AC) סיכום

31 3. גל ישר (DC) וגל חילופין (AC) סיכום

32 3. גל חילופין (AC) ערך אפקטיבי של מתח/זרם חילופין
שימו לב כי התוצאה נכונה עבור זרם/מתח סינוסואידלי

33 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין

34 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין קבל

35 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין קבל
כאשר המתח עולה הקבל נטען ובין הדקיו נוצר מתח הפוך למתח שמספק באותו זמן מקור המתח. היות ומתח המקור הפוך למתח שנוצר בין הדקי הקבל, סכום המתחים בלולאה הוא הפרש המתחים ולכן בשלב זה קטן הזרם. כאשר המתח יורד ומחליף את כיוונו, המתח בלולאה הוא סכום המתחים של מקור המתח והקבל שנטען בחלק הראשון של המחזור. לכן הקבל מתפרק והזרם במעגל הוא תוצאה של שני המקורות (מקור וקבל). לאחר פרק זמן מסוים שוב נטען הקבל בכיוון ההפוך ולכן הזרם שוב קטן.

36 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין קבל
ניתן להבין שהקבל מקטין את עוצמת הזרם במעגל ממש כמו נגד. ההבדל בין הקבל והנגד הוא שהנגד הופך את האנרגיה שקיבל מהמעגל החשמלי לחום ואילו הקבל מחזיר את האנרגיה שקיבל בחזרה למעגל החשמלי. להתנהגות זו של הקבל , מקובל לקרוא "עכבת" יחידות המידה שלה הם אוהם (בדיוק כמו התנגדות) וערכה תלוי בתדר מקור המתח ובקיבול הקבל. עכבת של קבל היא ביחס הפוך לקיבול ולתדר וערכה ניתן לפי הנוסחה:

37 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין סליל
התנהגות הסליל בזרם חילופין: בסליל, בצורה דומה (והפוכה) לקבל- הזרם מפגר אחרי המתח ברבע מחזור. אם מחברים סליל למקור מתח חילופין הוא נטען ומתפרק (בזרם) בהתאם לתדירות המקור. כאשר הסליל מגיע אל שיא הזרם, הזרם הרגעי במעגל יהיה שווה ל- 0. מכאן נובע כי קיים הבדל מופע של 90º. כלומר שהזרם במעגל מפגר אחרי המתח על הסליל בזוית בת 90º.

38 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין סליל
התנגדותו החשמלית של הסליל נמוכה יחסית, אך בגלל הליפופים הקרובים, כאשר חל שינוי בזרם הזורם דרכו, נוצר סביבו שדה מגנטי מושרה, המייצר מתח ההפוך לכיוון המתח שיצר אותו. השראות הסליל נמדדת ביחידות הנרי Henry והיא המוגדרת כך שכאשר משנים את הזרם העובר דרך הסליל באחד אמפר יגרום השינוי לכך שהסליל ייצר מתח הפוך של אחד וולט.

39 4. רכיבים חשמליים בזרם חילופין סליל
כאשר מחברים סליל למקור מתח חליפין, נוצר בין הדקיו בחלק מהזמן מתח הפוך למתח שמספק בשלב זה מקור המתח (ולכן הזרם קטן) אולם כאשר מתהפכת הקוטביות של מקור המתח הוא סכום המתחים (ולכן ההספק שאבד חוזר למעגל). בדומה לתופעה שראינו בקבל, גם במקרה זה נוצרת "עכבה" שתלויה בתדר המקור ובהשראות הסליל. העכבת היא ביחס ישר לערך הסליל ולתדר וערכה ניתן לפי הנוסחה:

40 5. וקטורים ופאזורים ניתוח מעגלי זרם חילופין
במעגלי זרם ישר (DC) אין אפשרות לנתח קבלים וסלילים באותה צורה כמו נגדים, מצב זה שונה עבור מעגלי זרם חילופין (AC). כאשר רוצים למצוא את העכבה השקולה Z של מעגל זרם חילופין בו יש סליל, קבל ונגד מתייחסים אל עכבותיהם של הסליל ( ) ושל הקבל ( ) כעל נמצאות על ציר שונה מזה של הנגד.

41 5. וקטורים ופאזורים ניתוח מעגלי זרם חילופין- דוגמא
נתון: התנגדות הנגד R= 5 Ω השראות הסליל L= 2 mh תדר המקור ω=5000Hz מכאן נקבל XT=XL= ω*L =5000(2*10-3)=10Ω

42 כל הזכויות שמורות למכללת מלט"ש (המכללה ללימודי טכנולוגיה שימושית) נוצר על ידי: רותם עבדו