Резонанс бол байгальд тохиолддог хамгийн түгээмэл физик үзэгдлүүдийн нэг юм. Резонансын үзэгдлийг механик, цахилгаан, тэр ч байтугай дулааны системд ажиглаж болно. Резонанс байхгүй бол орчин үеийн анагаах ухаанд ашигладаг хамгийн үр дүнтэй оношлогооны системийг дурдахад радио, телевиз, хөгжим, тэр ч байтугай тоглоомын талбайн дүүжин байхгүй байх байсан. Цахилгаан хэлхээн дэх резонансын хамгийн сонирхолтой бөгөөд хэрэгтэй төрлүүдийн нэг бол хүчдэлийн резонанс юм.
Резонансын хэлхээний элементүүд
Резонансын үзэгдэл нь дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулсан RLC гэж нэрлэгддэг хэлхээнд тохиолдож болно:
- R - резистор. Цахилгаан хэлхээний идэвхтэй элементүүд гэж нэрлэгддэг эдгээр төхөөрөмжүүд нь цахилгаан энергийг дулааны энерги болгон хувиргадаг. Өөрөөр хэлбэл, тэд хэлхээнээс энергийг салгаж, дулаан болгон хувиргадаг.
- L - индукц. Индукц ньцахилгаан хэлхээ - механик систем дэх масс эсвэл инерцийн аналог. Энэ бүрэлдэхүүн хэсэг нь цахилгаан хэлхээнд зарим өөрчлөлт оруулахыг оролдох хүртэл тийм ч мэдэгдэхүйц биш юм. Жишээлбэл, механикийн хувьд ийм өөрчлөлт нь хурдны өөрчлөлт юм. Цахилгаан хэлхээнд гүйдлийн өөрчлөлт. Хэрэв энэ нь ямар нэг шалтгаанаар болвол индукц нь хэлхээний горимд энэ өөрчлөлтийг эсэргүүцдэг.
- C нь конденсаторуудын тэмдэглэгээ бөгөөд цахилгаан эрчим хүчийг пүршнүүд механик энергийг хуримтлуулдагтай ижил аргаар хуримтлуулдаг төхөөрөмжүүд юм. Индуктор нь соронзон энергийг төвлөрүүлж, хуримтлуулдаг бол конденсатор нь цэнэгийг төвлөрүүлж, улмаар цахилгаан энергийг хуримтлуулдаг.
Резонансын хэлхээний тухай ойлголт
Резонансын хэлхээний гол элементүүд нь индукц (L) ба багтаамж (C) юм. Эсэргүүцэл нь хэлбэлзлийг багасгах хандлагатай байдаг тул хэлхээнээс энергийг зайлуулдаг. Тербеллийн хэлхээнд болж буй процессуудыг авч үзэхдээ бид үүнийг түр зуур үл тоомсорлодог боловч механик систем дэх үрэлтийн хүчний нэгэн адил хэлхээн дэх цахилгаан эсэргүүцлийг арилгах боломжгүй гэдгийг санах хэрэгтэй.
Хүчдэл ба гүйдлийн резонанс
Гол элементүүд хэрхэн холбогдсоноос хамааран резонансын хэлхээ нь цуваа болон зэрэгцээ байж болно. Байгалийн давтамжтай давхцаж буй дохионы давтамж бүхий хүчдэлийн эх үүсвэрт цуврал осцилляцийн хэлхээг холбоход тодорхой нөхцөлд хүчдэлийн резонансын үүснэ. Зэрэгцээ холбогдсон цахилгаан хэлхээн дэх резонансреактив элементүүдийг одоогийн резонанс гэж нэрлэдэг.
Резонансын хэлхээний байгалийн давтамж
Бид системийг байгалийн давтамжаараа хэлбэлзүүлэх боломжтой. Үүнийг хийхийн тулд та эхлээд зүүн талын дээд зурагт үзүүлсэн шиг конденсаторыг цэнэглэх хэрэгтэй. Үүнийг хийсний дараа түлхүүрийг баруун талд байгаа ижил зурагт үзүүлсэн байрлал руу шилжүүлнэ.
"0" үед бүх цахилгаан эрчим хүч конденсаторт хуримтлагдаж, хэлхээний гүйдэл тэг байна (доорх зураг). Конденсаторын дээд хавтан эерэг цэнэгтэй байхад доод хавтан сөрөг цэнэгтэй байгааг анхаарна уу. Бид хэлхээн дэх электронуудын хэлбэлзлийг харж чадахгүй ч гүйдлийг амперметрээр хэмжиж, осциллограф ашиглан гүйдлийн мөн чанарыг цаг хугацааны эсрэг хянах боломжтой. Манай график дээрх T нь нэг хэлбэлзлийг дуусгахад шаардагдах хугацаа гэдгийг анхаарна уу, үүнийг цахилгаан инженерчлэлд "хэлбэлзлийн үе" гэж нэрлэдэг.
Гүйдэл цагийн зүүний дагуу урсдаг (доорх зураг). Эрчим хүчийг конденсатораас ороомог руу шилжүүлдэг. Эхлээд харахад индукц нь энерги агуулдаг нь хачирхалтай мэт санагдаж болох ч энэ нь хөдөлж буй массад агуулагдах кинетик энергитэй төстэй юм.
Энергийн урсгал нь конденсатор руу буцдаг боловч конденсаторын туйл эсрэгээр өөрчлөгдсөнийг анхаарна уу. Өөрөөр хэлбэл, доод хавтан эерэг цэнэгтэй, дээд хавтан сөрөг цэнэгтэй байна (Зурагдоод).
Одоо систем бүрэн эсрэгээрээ эргэж конденсатораас индуктор руу энерги урсаж эхэлнэ (доорх зураг). Үүний үр дүнд энерги нь эхлэх цэг рүүгээ бүрэн буцаж, мөчлөгийг дахин эхлүүлэхэд бэлэн болно.
Хэлбэлзлийн давтамжийг дараах байдлаар ойролцоогоор тооцоолж болно:
F=1/2π(LC)0, 5,
Үүнд: F - давтамж, L - индукц, C - багтаамж.
Энэ жишээнд авч үзсэн үйл явц нь стресс резонансын физик мөн чанарыг тусгасан болно.
Стресс резонансын судалгаа
Бодит LC хэлхээнд үргэлж бага хэмжээний эсэргүүцэл байдаг бөгөөд энэ нь мөчлөг бүрээр гүйдлийн далайцын өсөлтийг бууруулдаг. Хэд хэдэн мөчлөгийн дараа гүйдэл тэг болж буурдаг. Энэ нөлөөг "синусоид дохионы уналт" гэж нэрлэдэг. Гүйдэл тэг болж буурах хурд нь хэлхээний эсэргүүцлийн хэмжээнээс хамаарна. Гэсэн хэдий ч эсэргүүцэл нь резонансын хэлхээний хэлбэлзлийн давтамжийг өөрчилдөггүй. Хэрэв эсэргүүцэл хангалттай өндөр байвал хэлхээнд синусоид хэлбэлзэл огт байхгүй болно.
Байгалийн хэлбэлзлийн давтамжтай газар резонансын процессыг өдөөх магадлал байдаг нь ойлгомжтой. Зүүн талд байгаа зурагт үзүүлсэн шиг бид хувьсах гүйдлийн (AC) тэжээлийн хангамжийг цувралаар оруулснаар үүнийг хийдэг. "Хувьсагч" гэсэн нэр томъёо нь эх үүсвэрийн гаралтын хүчдэл тодорхой хэлбэлзэлтэй байдагдавтамж. Хэрэв цахилгаан тэжээлийн давтамж нь хэлхээний байгалийн давтамжтай таарч байвал хүчдэлийн резонанс үүснэ.
Голдох нөхцөл
Одоо бид стресс резонанс үүсэх нөхцөлийг авч үзэх болно. Сүүлийн зурагт үзүүлсэн шиг бид резисторыг гогцоонд буцааж өгсөн. Хэлхээнд резистор байхгүй тохиолдолд резонансын хэлхээний гүйдэл нь хэлхээний элементүүдийн параметрүүд болон тэжээлийн эх үүсвэрийн хүчээр тодорхойлогддог тодорхой хамгийн их утга хүртэл нэмэгдэх болно. Резонансын хэлхээнд резисторын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх нь хэлхээний гүйдэл задрах хандлагыг ихэсгэх боловч резонансын хэлбэлзлийн давтамжид нөлөөлөхгүй. Дүрмээр бол резонансын хэлхээний эсэргүүцэл нь R=2(L/C)0, 5 нөхцөлийг хангасан тохиолдолд хүчдэлийн резонансын горим үүсэхгүй.
Радио дохиог дамжуулахдаа хүчдэлийн резонанс ашиглах
Стрессийн резонансын үзэгдэл нь зөвхөн сонин физик үзэгдэл биш юм. Энэ нь утасгүй холбооны технологид онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг - радио, телевиз, үүрэн телефоны. Мэдээллийг утасгүй дамжуулахад ашигладаг дамжуулагч нь дамжуулагчийн давтамж гэж нэрлэгддэг төхөөрөмж бүрийн хувьд тодорхой давтамжтайгаар цуурайтах зориулалттай хэлхээг агуулсан байх ёстой. Дамжуулагчийн антенныг дамжуулагчтай холбосноор энэ нь дамжуулагчийн давтамжтай цахилгаан соронзон долгионыг ялгаруулдаг.
Дамжуулагчийн замын нөгөө төгсгөлд байгаа антенн нь энэ дохиог хүлээн авч, хүлээн авагчийн хэлхээнд нийлүүлдэг бөгөөд энэ нь зөөгч давтамж дээр цуурайтах зориулалттай. Мэдээжийн хэрэг, антен нь өөр өөр хэлбэрээр олон дохио хүлээн авдагарын чимээ шуугианаас гадна давтамж. Хүлээн авагч төхөөрөмжийн оролт дээр резонансын хэлхээний дамжуулагчийн давтамжтай тааруулсан резонансын хэлхээ байгаа тул хүлээн авагч нь бүх шаардлагагүй давтамжийг арилгаж цорын ганц зөв давтамжийг сонгоно.
Далайцын модуляцлагдсан (AM) радио дохиог илрүүлсний дараа түүнээс гаргаж авсан нам давтамжийн дохиог (LF) өсгөж, дуу чимээ гаргах төхөөрөмжид өгдөг. Энэ бол радио дамжуулалтын хамгийн энгийн хэлбэр бөгөөд дуу чимээ, хөндлөнгийн оролцоонд маш мэдрэмтгий.
Хүлээн авсан мэдээллийн чанарыг сайжруулахын тулд радио дохио дамжуулах бусад илүү дэвшилтэт аргуудыг боловсруулж, амжилттай ашиглаж байгаа бөгөөд тэдгээр нь мөн тааруулсан резонансын системийг ашиглахад суурилдаг.
Давтамжийн модуляц буюу FM радио нь AM радио дамжуулалтын олон асуудлыг шийддэг боловч энэ нь дамжуулах системийг ихээхэн төвөгтэй болгодог. FM радиод электрон зам дахь системийн дуу чимээг зөөгч давтамжийн жижиг өөрчлөлт болгон хувиргадаг. Энэ хувиргалтыг хийдэг төхөөрөмжийг "модулятор" гэж нэрлэдэг бөгөөд дамжуулагчтай хамт ашигладаг.
Үүний дагуу дохиог чанга яригчаар тоглуулах хэлбэр болгон хувиргахын тулд хүлээн авагчид демодулятор нэмэх шаардлагатай.
Хүчдэлийн резонансын бусад жишээнүүд
Хүчдлийн резонансын үндсэн зарчим нь хортой, шаардлагагүй дохиог арилгахын тулд цахилгааны инженерчлэлд өргөн хэрэглэгддэг олон тооны шүүлтүүрийн хэлхээнд суулгагдсан байдаг.долгионыг жигд болгож, синусоид дохио үүсгэх.
