regneark

AC Waveforms

AC Waveform analysis (Februar 2019).

Anonim

AC Waveforms

AC elektriske kretser


Spørsmål 1

Radiobølger består av oscillerende elektriske og magnetiske felt, som utstråler seg fra kilder til høyfrekvent vekselstrøm ved (nesten) lysets hastighet. Et viktig mål for en radiobølge er dens bølgelengde, definert som avstanden bølgen beveger seg i en komplett syklus.

Anta at en radiosender opererer med en fast frekvens på 950 kHz. Beregn den omtrentlige bølgelengden (λ) av radiobølgene som kommer fra sendertårnet, i metriske avstandsenheten på meter. Skriv også ligningen du brukte til å løse for λ.

Avslør svar Skjul svar

λ ≈ 316 meter

Jeg lar deg finne ligningen på egen hånd!

Merknader:

Jeg slipper forsiktig lysets hastighet, så vel som tid / avstand / hastighetsligningen, slik at elevene må gjøre litt enkel forskning, dette beregner denne verdien. Ingen av disse konseptene ligger utenfor videregående vitenskapsstudenter, og bør ikke stille noen problemer for studenter på college-nivå å finne på egenhånd.

Spørsmål 2

Hva er forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm "# 2"> Reveal svar Skjul svar

DC er en akronym som betyr Direct Current : det vil si elektrisk strøm som bare beveger seg i en retning. AC er en akronym som betyr vekselstrøm : det vil si elektrisk strøm som periodisk reverserer retning ("alternativer").

Elektrokjemiske batterier genererer DC, som også solceller. Mikrofoner genererer AC når du registrerer lydbølger (vibrasjoner av luftmolekyler). Det er mange, mange andre kilder til likestrøm og vekselstrøm enn det jeg har nevnt her!

Merknader:

Diskuter litt av historien om AC versus DC i tidlige kraftsystemer. I de tidlige dagene med elektrisk kraft i USA var det en oppvarmet debatt mellom bruk av DC mot AC. Thomas Edison mente DC, mens George Westinghouse og Nikola Tesla fortalte AC.

Det kan være verdt å nevne at nesten all elektrisk kraft i verden genereres og distribueres som vekselstrøm (vekselstrøm), og ikke som likestrøm (med andre ord, Thomas Edison mistet AC / DC-kampen!). Avhengig av nivået på klassen du underviser, kan dette være en god tid å forklare hvorfor de fleste strømforsyningssystemer bruker AC. Uansett vil elevene dine sannsynligvis spørre hvorfor, så du bør være forberedt på å ta opp dette spørsmålet på en eller annen måte (eller få dem til å rapportere egne resultater!).

Spørsmål 3

Vekselstrøm produsert av elektromekaniske generatorer (eller alternatorer som de noen ganger er utpekt) følger typisk et sinusbølge mønster over tid. Plot en sinusbølge på følgende graf, ved å spore høyden på en roterende vektor inne i sirkelen til venstre for grafen:

For å illustrere prinsippet her, vil jeg vise hvordan poenget er tegnet for en rotasjon på 45 o :

Du kan ønske å bruke en vinkelgraver for å nøyaktig merke vinklene langs sirkelens rotasjon, ved å lage sinusbølge-plottet.

Avslør svar Skjul svar

Merknader:

For mange studenter kan dette være første gang de innser at trigonometrifunksjoner har noe å gjøre med elektrisitet! At spenning og strøm i en vekselstrømskrets kan variere i henhold til en matematisk funksjon som er tilgjengelig i deres kalkulatorer, er noe av en åpenbaring. Vær forberedt på å diskutere hvorfor roterende elektromagnetiske maskiner naturlig produserer slike bølgeformer. Oppfordre også elevene til å lage den kognitive forbindelsen mellom den uavhengige variabelen av en sinusfunksjon (vinkel, uttrykt i gradenheter i dette spørsmålet) til faktisk akselrotasjon i en ekte generator.

Spørsmål 4

Bruk følgende vilkår til denne grafen for en vekselstrømspenning målt over tid:

Frekvens
Periode
Hertz
amplitude

Avslør svar Skjul svar

Merknader:

Som alltid er det viktigere å kunne bruke et begrep til et virkelighetseksempel enn det er å huske en definisjon for dette begrepet. I min erfaring foretrekker mange studenter å huske definisjoner for begreper, i stedet for å gå gjennom problemer med å forstå hvordan disse begrepene gjelder for virkeligheten. Pass på at studentene skjønner hvordan og hvorfor disse AC-vilkårene gjelder for en bølgeform som dette.

Spørsmål 5

Frekvensen ble uttrykt i enheter av sykluser per sekund, forkortet som CPS . Nå er den standardiserte enheten Hertz . Forklar betydningen av den utdaterte frekvensenheten: hva betyr det egentlig for en vekselstrøm eller strøm for å ha x antall "sykluser per sekund" # 5 "> Gi svar svar Skjul svar

Hver gang en spenning eller strøm gjentar seg, kalles dette intervallet en syklus . Frekvens, er den frekvensen ved hvilken en vekselstrømspenning eller strøm gjentar seg over tid, kan representeres når det gjelder sykluser (repetisjoner) per sekund.

Merknader:

Oppfordre elevene til å diskutere opprinnelsen til den nye enheten (Hertz), og hvordan den faktisk kommuniserer mindre informasjon om tingen som måles enn den gamle enheten (CPS).

Spørsmål 6

Hvis en vekselstrømsspenning har en frekvens på 350 Hz, hvor lenge (i tid) er dens periode?

Avslør svar Skjul svar

Periode = 2, 8571 millisekunder

Merknader:

Det er viktig for elevene å innse det gjensidige forholdet mellom frekvens og periode. Den ene er sykluser per sekund, mens den andre er sekunder per syklus .

Spørsmål 7

Hvis det eneste instrumentet du hadde i din besittelse å oppdage vekselstrømssignaler, var en lydhøyttaler, hvordan kan du bruke den til å bestemme hvilken av to vekselstrømssignaler som har størst tid?

Avslør svar Skjul svar

Koble høyttaleren til hver vekselstrømskilde, en om gangen, vil resultere i to forskjellige lydtoner som utføres av høyttaleren. Uansett hvilken tone som er lavere i tonehøyde er bølgeformen med den største perioden.

Merknader:

En lydhøyttaler er et fremragende instrument for bruk i å undervise i AC teori, fordi det bruker en menneskelig forstand at de fleste instrumenter ikke gjør det. Jeg har laget et enkelt hodetelefonbasert lytteinstrument til eget laboratoriebruk, og har funnet det uvurderlig, spesielt i fravær av et oscilloskop. Det er så mye det trente øre kan skille seg om en AC-bølgeform basert på volum og tone!

Spørsmål 8

Bestem frekvensen av en bølgeform som har en periode på 1, 4 millisekunder (1, 4 ms).

Avslør svar Skjul svar

f = 714, 29 Hz

Merknader:

Det er viktig for elevene å innse det gjensidige forholdet mellom frekvens og periode. Den ene er sykluser per sekund, mens den andre er sekunder per syklus .

Spørsmål 9

Vekselstrøm produsert av elektromekaniske generatorer (eller alternatorer som de noen ganger er utpekt) følger typisk et sinusbølge mønster over tid. Bruk en kalkulator eller et sett med "trig tabeller", plott en sinusbølge på følgende graf:

Avslør svar Skjul svar

Merknader:

For mange studenter kan dette være første gang de innser at trigonometrifunksjoner har noe å gjøre med elektrisitet! At spenning og strøm i en vekselstrømskrets kan variere i henhold til en matematisk funksjon som er tilgjengelig i deres kalkulatorer, er noe av en åpenbaring. Vær forberedt på å diskutere hvorfor roterende elektromagnetiske maskiner naturlig produserer slike bølgeformer. Oppfordre også elevene til å lage den kognitive forbindelsen mellom den uavhengige variabelen av en sinusfunksjon (vinkel, uttrykt i gradenheter i dette spørsmålet) til faktisk akselrotasjon i en ekte generator.

Spørsmål 10

Definer følgende vilkår:

Frekvens
bølgelengde
Syklus
Hertz
amplitude
Avslør svar Skjul svar

Disse begrepene er veldig enkle å finne definisjoner for, fra en rekke kilder. Jeg lar deg oppdage hva de mener for deg selv!

Merknader:

Enheten "Hertz" er et eksempel på hvordan en implisitt definert label som "sykluser per sekund" (CPS) kom for å bli erstattet av en som ikke har noen objektiv mening i det hele tatt. I likhet med hvordan "Celsius" erstattet "Celsius" som det offisielle metriske navnet for en temperaturmåler. Unnskyld meg for å sette opp på såpekassen her, men forandringer som disse irriterer meg veldig.

Det er viktig å forstå at disse vilkårene gjelder for ikke-elektriske fenomener samt elektriske. Den store bruken av slike vilkår muliggjør lettere forståelse. Be elevene dine om å gi vanlige eksempler på disse begrepene i hverdagen. Tips: musikk er en utmerket sammenheng for dette spørsmålet!

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Neste regneark →