Об электрическом резонансе. Лекции

Об электрическом резонансе

Эффекты, порождаемые резонансом, всё чаще замечаются инженерами и приобретают всё большую важность при работе с любой аппаратурой переменного тока. Следовательно, надо сделать несколько замечаний по поводу этих эффектов. Ясно, если нам удастся практически использовать эффекты электрического резонанса при эксплуатации электроприборов, обратный провод, само собой, станет бесполезным, так как электрические колебания можно передавать при помощи одного провода так же хорошо, как и при помощи двух. Значит, сначала надо ответить на вопрос: «А можно ли производить такие эффекты?» Теория и эксперименты показывают, что в природе это невозможно, так как по мере возрастания колебаний потери в колеблющемся теле и окружающей его среде быстро растут и обязательно останавливают колебания, которые иначе могли бы вырасти бесконечно. Это большая удача, что резонанс в чистом виде получить нельзя, ибо, если бы это было возможно, трудно было бы предугадать, какие опасности поджидали бы бедного экспериментатора.

Но до определенной степени резонанс получить возможно, причем степень его проявлений ограничена несовершенством проводника, недостаточной эластичностью среды, или, говоря в общем, фрикционными потерями. Чем меньше эти потери, тем более впечатляют его проявления. То же самое происходит и при механических колебаниях. Толстый металлический брусок может колебаться под воздействием падающих на него с определенным интервалом капель воды; а в случае со стеклом, которое еще более эластично, проявления резонанса еще более значительны, ведь стеклянный бокал можно разбить, если пропеть в него ноту определенного тона. Электрический резонанс получается тем сильнее, чем меньше сопротивление участка цепи и чем лучше изолирующие свойства диэлектрика. При разрядах лейденской банки через толстый многожильный провод с тонкими жилами эти требования удовлетворены наилучшим образом, и резонанс проявляется наиболее выпукло. Так не происходит, однако, в динамо-машинах, цепях трансформатора или в целом в коммерческих устройствах, где наличие сердечника затрудняет проявление резонанса или делает его вовсе невозможным. Что же касается лейденских банок, при помощи которых эффекты резонанса часто демонстрируются, я бы сказал, что они часто приписываются действию резонанса, а не являются его следствием, ибо в этом случае очень легко допустить ошибку. Это убедительно можно проиллюстрировать следующим опытом. Возьмем, к примеру, две изолированные металлические пластины или два шара А и В, расположим на определенном небольшом расстоянии друг от друга и зарядим их при помощи фрикционной машины или электрофорного генератора до такого потенциала, что даже небольшое его изменение вызывает пробой воздушной подушки или изоляции между телами. Этого легко добиться путем предварительных попыток. Теперь, если еще одну пластину, — закрепленную на изолирующей рукоятке и соединенную с одним из выводов вторичной обмотки катушки индуктивности высокого напряжения, которую питает генератор (желательно высокочастотный), — поднести к одному из заряженных тел А или В, причем ближе к одному из них, между ними обязательно произойдет разряд; по крайней мере, он произойдет, если потенциал пластины достаточно высок. Это явление легко объясняется тем фактом, что поднесенная пластина индуктивно воздействует на заряженные предметы А и В, вызывая искру между ними. Когда возникает эта искра, заряды, которые были ранее переданы предметам, должны теряться, так как между ними устанавливается связь через сформированную дугу. Итак, эта дуга образуется вне зависимости от того, есть резонанс или нет. Но даже если искра не образуется, всё же между предметами имеет место эдс, когда пластину подносят; следовательно, приближение пластины, даже если фактически и не вызовет, то, во всяком случае, будет иметь тенденцию к пробою промежутка вследствие индуктивного воздействия. Вместо пластин или шаров

А и В мы можем с таким же успехом взять пластины лейденской банки, а вместо машины — желательно, чтобы это был высокочастотный генератор, так как он лучше подходит для проведения опыта или для его обоснования, — мы можем взять еще одну лейденскую банку или несколько. Когда такие банки разряжаются через цепь низкого сопротивления, ее пронизывают токи очень высокой частоты. Теперь внешнюю пластину можно соединить с одной из пластин второй банки, и когда ее подносят ближе к первой банке, заряженной перед этим до высокого потенциала при помощи электрофорного генератора, результат получается тот же, что и ранее, и первая банка разряжается через узкий промежуток, когда на вторую банку оказывается воздействие. Но обе банки и не требуется приближать на расстояние, более близкое, чем самая низкая басовая нота по отношению к писку комара, так как в промежутке уже возникнут небольшие искры или, по крайней мере, воздух в промежутке будет значительно напряжен вследствие возникшей благодаря индукции эдс в тот момент, когда одна из банок начинает разряжаться. Может быть допущена и другая ошибка подобного свойства. Если цепи двух банок установлены параллельно и близко друг от друга, и экспериментатор разряжает одну из них при помощи второй, а после добавления к одной из цепей витого провода опыт не удается, вывод о том, что цепи не настроены, будет далек от истины. Так как эти контуры работают, как конденсатор, а добавление витков провода эквивалентно замыканию его в месте включения витков небольшим конденсатором, а он в свою очередь, не дает произойти пробою, уменьшая эдс, действующую в искровом промежутке. Можно привести и многие другие замечания, но, дабы не углубляться в обсуждение, далекое от нашего предмета, с вашего позволения, не прозвучат; эти же сделаны лишь для того, чтобы предостеречь ничего не подозревающего исследователя от того, чтобы у него не сформировалось неверное мнение о его способностях, когда он увидит, что каждый его опыт удачен; эти замечания ни в коем случае не претендуют на новизну в глазах опытных экспериментаторов.

Для получения надежных результатов при наблюдении резонанса желательно, да и необходимо, применять генератор, подающий гармонические колебания, так как при разрядном токе результатам наблюдений не всегда можно доверять, поскольку многие явления, которые зависят от скорости изменений, можно получать при различных частотах. Даже при использовании такого генератора можно допустить ошибку. Когда контур соединен с генератором, мы имеем бесконечно большое число значений емкости и самоиндукции, которые в различных соотношениях отвечают условиям резонанса.

Как и в механике может быть бесконечное множество камертонов, которые отзываются на ноту определенного тона, или нагруженных пружин, имеющих определенную амплитуду колебаний. Но резонанса можно определенно добиться в том случае, когда движение происходит с наибольшей свободой. Итак, в механике, когда речь идет о колебаниях в обычной среде, то есть в воздухе, большой разницы нет, имеет ли один камертон размер больше, чем другой, поскольку потери в воздухе незначительны. Можно, конечно, поместить камертон в вакуумный сосуд и, таким образом сведя к минимуму потери от трения о воздух, добиться наибольшего резонанса. И всё же разница будет невелика. Но она будет огромной, если камертон поместить в ртуть. При электрических колебаниях очень важно обеспечить наибольшую свободу движения. Количественный показатель резонанса, в остальном при одинаковых условиях, зависит от количества электричества, приведенного в действие, или от силы тока, движущегося в цепи. Но цепь сопротивляется прохождению тока по причине ее импеданса и, следовательно, для получения наилучшего результата надо свести сопротивление к минимуму. Невозможно избавиться от него совсем, но частично возможно. Когда же частота импульсов очень высока, протекание тока практически определяется самоиндукцией. Самоиндукцию можно преодолеть, связав ее с емкостью. Если соотношение между ними таково, что они гасят друг друга, то есть имеют такие значения, что они удовлетворяют условиям резонанса, и через внешнюю цепь протекает наибольшее количество электричества, мы имеем наилучший результат. Проще всего и надежнее, когда конденсатор включен в цепь последовательно с индуктивностью. Конечно, ясно, что в таких сочетаниях, при определенной частоте, и учитывая только базовые колебания, мы будем иметь наилучшие значения, когда конденсатор включен с катушкой самоиндукции параллельно, и таких значений будет больше, чем при последовательном включении. Но выбор определяется требованиями практики. В последнем случае при проведении опыта можно взять небольшую катушку и большую емкость или большую катушку и маленькую емкость, но последнее более предпочтительно, так как неудобно настраивать большую емкость мелкими шагами. Если взять катушку с очень большой самоиндукцией, то критическая емкость падает до очень малого значения, и емкости самой катушки может быть достаточно. Нетрудно, при помощи некоторых приспособлений, намотать катушку, которая понизит импеданс до омического сопротивления и для каждой катушки, естественно, существует частота, при которой через нее протекает максимальный ток. Соблюдение соотношения между самоиндукцией, емкостью и частотой становится особенно важным при эксплуатации устройств переменного тока, таких, как трансформаторы или моторы, поскольку при опытной настройке частей аппаратуры применение дорогостоящего конденсатора становится необязательным. Так, при обычных условиях через обмотку мотора переменного тока можно пропускать ток нужной силы с низкой эдс и полностью избавиться от ложных токов, и чем больше мотор, тем проще это практически сделать, но для этого надо использовать токи высокого потенциала и частоты.

На рисунке 20 I показана схема, которая применялась при исследовании явления резонанса с помощью высокочастотного генератора. C_f — это мно-говитковая катушка, которая поделена на небольшие участки для удобства настройки. Окончательная настройка производилась при помощи нескольких тонких железных проводов (хотя это и не всегда желательно) или при помощи замкнутой вторичной обмотки. Катушка С одним концом замкнута на провод L, ведущий к генератору G, а другим — на одну из пластин конденсатора

СС, причем пластина его соединена с еще большей пластиной Р. Таким способом и емкость, и индуктивность настраивались на частоту динамо-машины.

Что касается повышения потенциала через резонансное действие, конечно теоретически, то он может подняться до любого значения, поскольку зависит от индуктивности и сопротивления, а эти величины могут иметь какое угодно значение. Но на практике величина ограничена, и, кроме того, есть и другие факторы. Можно начать, скажем, с 1 000 вольт и увеличить величину эдс в 50 раз, но нельзя начать с 100 000 вольт и поднять эту цифру в 10 раз, так как потери в окружающей среде высоки, особенно при высокой частоте. Должно быть возможно, например, начать с двух вольт в контуре высокой или низкой частоты динамо-машины и поднять эдс в несколько сотен раз. Так, катушки надлежащих габаритов можно соединить одним концом с питающим проводом машины с низкой эдс, и хотя контур машины не будет замкнут в обычном понимании этого термина, она может сгореть, если мы получим нужный резонанс. Мне не удавалось получить и не удавалось наблюдать при токах, полученных от динамо-машины, такого скачка потенциала. Возможно или даже вероятно, что при токах, полученных от машин, содержащих железный сердечник, возмущающее действие последнего и есть причина, что теоретически существующие возможности не реализуются на практике. Но если так, то я отношу это единственно к запаздыванию фаз и к потерям от токов Фуко в сердечнике. Обычно приходилось работать на повышение, когда эдс была низка, и применялась обычная катушка, но иногда было удобно использовать схему, показанную на рисунке 20 П. В данном случае катушка С разбита на очень много участков, некоторые из них служат первичной обмоткой. Таким образом, и первичная и вторичная обмотки поддаются настройке. Один конец катушки соединен с проводом L, идущим к генератору переменного тока, а другой провод L соединен со средней частью катушки. Такая катушка, с настраиваемой первичной и вторичной обмотками, также может быть удобна во время опытов с разрядами. Когда достигается настоящий резонанс, пик волны должен, конечно, находиться на свободном конце катушки, или, например, на выводе люминесцентной лампы В. Это легко подтвердить, измерив потенциал на конце провода w возле катушки.

В связи с проявлениями резонанса и проблемой передачи энергии по одном} проводу, о которой говорилось ранее, я бы хотел сказать несколько слов о предмете, который постоянно занимает меня и который касается благополучия всех людей. Я имею в виду передачу четких сигналов, а может быть и энергии, на любое расстояние без помощи проводов. С каждым днем я убеждаюсь в реальности такого плана; и хотя я полностью отдаю себе отчет в том, что абсолютное большинство ученых не поверят, что такого результата можно добиться на практике в короткий срок, всё же думаю, что объем работ в этой области свидетельствует о том, что необходимо поощрять исследования и эксперименты в этом направлении. Мое убеждение настолько укрепилось, что я больше не рассматриваю такой способ передачи энергии или разумных сигналов лишь как теоретически возможный, но как серьезную инженерную задачу, которая должна быть однажды решена. Идея передачи информации без проводов есть результат последних исследований в области электричества. Некоторые энтузиасты выражают убежденность в том, что передача телефонного сигнала на любое расстояние при помощи индукции по воздуху возможна. Мое воображение не простирается так далеко, но я твердо верю, что практически возможно при помощи мощных машин возбуждать электростатическое поле Земли и так передавать информацию или, может быть, энергию. На самом деле, что же может помешать воплощению такого плана? Теперь мы знаем, что электрические колебания можно передавать по одному проводу. Почему же не попытаться использовать для этого Землю? Не стоит пугаться расстояний. Для усталого путника, считающего верстовые столбы, Земля может показаться очень большой, но для счастливейшего из людей, для астронома, который смотрит на звезды и по их состоянию вычисляет размеры земного шара, он может показаться очень небольшим. Таким же он должен казаться и электрику, ибо, когда он думает о скорости электрического сигнала, с которой он пронизывает Землю, все его представления о расстоянии должны испариться.

Во-первых, очень важно было бы узнать, какова емкость Земли? И какой заряд она содержит при электризации? Хотя у нас нет положительных свидетельств тому, что рядом в пространстве есть другие тела, заряженные противоположным образом, вполне возможно, что Земля именно такое тело, ибо каков бы ни был процесс, результатом которого явилось отделение Земли — а именно таковы сегодня общепринятые взгляды на ее происхождение, — она должна была сохранить заряд, как это происходит во всех процессах механического деления. Если это заряженное тело, изолированное в пространстве, то его емкость должна быть крайне мала, менее одной тысячной фарады. Но верхние слои атмосферы — проводники, такой же может являться и среда за пределами атмосферы, а она может иметь противоположный заряд. Тогда емкость может быть несравнимо выше. В любом случае очень важно понять, какое количество электричества содержит Земля. Трудно сказать, получим ли мы когда-нибудь такие знания, но надеюсь, что получим, и именно при помощи электрического резонанса. Если мы когда-либо сможем установить, каков период колебаний Земли при возбуждении ее заряда по отношению к противоположно заряженному контуру, мы получим факт, скорее всего наиболее важный для благополучия всего человечества. Я предлагаю искать этот период при помощи электрического осциллятора, или источника переменного тока. Один из выводов, например, будет соединен с землей, или городским водопроводом, а другой с изолированным предметом больших размеров. Возможно, что верхние слои атмосферы или открытый космос, имеют противоположный заряд и вместе с Землей образуют конденсатор огромной емкости. В таком случае период колебаний может быть очень небольшим, и динамо-машина переменного тока могла бы отвечать целям эксперимента. Затем я бы преобразовал ток так, чтобы получить максимально возможный потенциал и соединил концы вторичной обмотки высокого напряжения с землей и изолированным телом. Варьируя частоту тока и тщательно выдерживая потенциал изолированного тела, а также наблюдая за возмущениями в различных соседних точках земной поверхности, можно обнаружить резонанс. Если, как и полагают большинство ученых, период достаточно мал, то динамо-машина не подойдет и придется построить соответствующий электрический осциллятор, и, возможно, такие быстрые колебания получить невозможно. Но возможно это или нет, имеет Земля заряд или нет, и каков бы ни был период ее колебаний, абсолютно точно возможно — и тому мы имеем свидетельства — произвести некие электрические возмущения, достаточно мощные для того, чтобы их зарегистрировали в любой точке земной поверхности при помощи соответствующих приборов.

Предположим, что источник переменного тока соединен, как на рисунке 21, одним из своих выводов с землей (удобнее всего заземлить конец на водопровод), а другим — с предметом большой площади Р. Когда устанавливаются электрические колебания, электричество будет двигаться в обоих направлениях через предмет Р, а переменные токи будут проходить через землю, расходясь или сходясь в точке С, где сделано заземление. Таким образом будут возмущаться соседние точки на земной поверхности, расположенные в круге с неким радиусом. Но возмущение будет ослабевать по мере удаления, и расстояние, на котором этот эффект всё еще можно будет зарегистрировать, будет зависеть от количества электричества, приведенного в действие. Поскольку предмет Р изолирован, для того чтобы привести в движение значительное количество электричества, потенциал источника должен быть крайне высоким, так как площадь поверхности предмета Р ограничена. Параметры устройства можно настроить так, что источник S будет порождать такое же движение электричества, как если бы его цепь была замкнута. Так, конечно, практически возможно наложить электрические колебания определенного низкого периода на Землю при помощи надлежащей аппаратуры. На каком расстоянии эти колебания можно принять, можно только предполагать. По другому поводу мне пришлось поразмышлять над тем, как Земля может реагировать на электрические возмущения. Нет никакого сомнения в том, что во время такого эксперимента электрическая плотность у поверхности может быть очень мала, учитывая размеры Земли, и воздух не будет выступать как возмущающий фактор, а также не будет больших потерь энергии в воздухе, как могло быть, если бы плотность была высокой. Тогда теоретически не потребуется огромного количества энергии для производства возмущений, которые можно прочитать на очень большом расстоянии, если не по всему земному шару. Итак, совершенно очевидно, что в любой точке в пределах определенного круга, центром которого служит источник S, можно при помощи резонанса заставить работать прибор индуктивности и емкости. Но можно сделать не только это, но включить еще один источник 5 (рисунок 21), подобный источнику S, или любое количество источников, работающих синхронно с первым, и таким образом усилить вибрацию и распространить ее на большой площади, или получить электрический ток из источника или к источнику S, если его фаза будет противоположной фазе источника 5″. Не сомневаюсь, можно эксплуатировать электрические приборы по всему городу через заземление или систему водоснабжения при помощи резонанса от одного электроосциллятора, установленного в центральной точке. Но практическое решение этой задачи будет несравнимо менее важным для человека, чем передача информации или энергии на любое расстояние через Землю или окружающую ее среду. Если это вообще возможно, то расстояние не имеет значения. Для начала надо построить надлежащие приборы, с помощью которых попытаться решить задачу, и я довольно долго над этим размышлял. Я твердо уверен в том, что это можно сделать, и мы доживем до того момента, когда это будет сделано.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Силовые Резонанс – Энциклопедия по машиностроению XXL

Силовой резонанс возникает при р сОд или  [c. 143]

Любая по величине внешняя сила может вызвать силовой резонанс. Для возникновения параметрического резонанса в неконсервативной системе величина воздействия должна быть больше некоторой пороговой величины.  [c.143]

Для линейной неконсервативной системы при силовом резонансе всегда характерна ограниченная амплитуда колебаний, так как потерн растут быстрее вложения энергии.  [c.143]

По своим внешним проявлениям параметрический резонанс близок к силовому резонансу, однако между этими двумя формами резонансных явлений имеются существенные отличия принципиального характера.  [c.245]

Во-вторых, при силовом резонансе амплитуда колебаний при отсутствии диссипации возрастает по линейному закону (см. п. 7), в то время как при параметрическом — по экспоненциальному.  [c.246]

И, наконец, в-четвертых, если при силовом резонансе введение линейной силы сопротивления приводит к ограничению резонансной амплитуды, то, как будет показано ниже, параметрический резонанс может развиваться и при наличии трения, и лишь превышение определенного уровня диссипации может устранить опасность раскачки.  [c.246]

Таким образом, только благодаря силовому резонансу можно усилить энергию в 10 раз. Большие усиления возможны благодаря совместному действию силовых и кинематических факторов, для чего предусмотрена пружина связи. Машине придается набор пружин, позволяющих варьировать динамические параметры в широких пределах.  [c.109]

В механизмах периодического действия зоны параметрического резонанса при Целых /, как правило, совпадают с зонами силового резонанса, вызванного соответ-  [c.101]

Вынужденные колебания возникают также и при весьма кратковременных воздействиях на колебательную систему, т. е. когда действие вынуждающей силы имеет характер толчка или удара. Например, вынужденные колебания железнодорожного вагона вызываются периодически повторяющимися ударами его колес о стыки рельс. В этих случаях также может наблюдаться явление резонанса. При этом резонанс наступает не только тогда, когда частота силовых воздействий близка к частоте свободных колебаний системы, но и когда эти воздействия повторяются с частотой, кратной частоте свободных колебаний системы.  [c.190]

Отметим, что в линейной колебательной системе при выполнении условия параметрического возбуждения колебаний (условия параметрического резонанса) происходит неограниченное нарастание амплитуды возбужденных колебаний. Это связано с тем, что и потери, и вложение энергии в данном случае пропорциональны квадрату амплитуды колебаний (пропорциональны колебательной энергии системы). Для вынужденных колебаний в линейных системах при силовом воздействии вложение энергии пропорционально первой степени амплитуды колебаний, а потери по-прежнему пропорциональны квадрату амплитуды, что приводит к образованию конечной амплитуды вынужденных колебаний.  [c.132]

При силовом воздействии вынужденные колебания существуют при любых соотнощениях между частотой воздействия р и собственной частотой системы ы,, и возбуждаются при любой амплитуде воздействующей силы. При наступлении резонанса происходит лишь соответствующее увеличение амплитуды вынужденных колебаний.  [c.140]

Для нелинейных систем (в отличие от линейных) неприменим принцип суперпозиции, и поэтому не представляется возможным разделить в результирующем процессе компоненты, вызванные отдельными составляющими внешнего воздействия. Это обстоятельство чрезвычайно усложняет анализ вынужденных процессов в нелинейных системах даже в консервативном приближении и делает не вполне корректным рассмотрение случая прямого силового воздействия без учета одновременного воздействия на параметры системы. В самом деле, если учесть, что вынужденный периодический процесс, обязанный своим происхождением прямому воздействию, вызывает в свою очередь периодическое изменение параметров нелинейной системы, то становится ясным, что результирующие резонансные явления могут иметь весьма сложный характер. Частотные соотношения, при которых происходят резонансные явления, также будут задаваться условиями нелинейных прямого или параметрического резонансов. Эти обстоятельства не позволяют для нелинейных систем полное разделение двух упомянутых типов резонансных явлений. Поэтому представляется разумным, выделяя случай чисто параметрического резонанса, не противопоставлять ему случай силового, или прямого, резонанса для нелинейной системы. Можно лишь классифицировать виды воздействия, связанные с различными способами внесения энергии в систему, что является определяющим для протекания резонансных явлений.  [c.141]

Сопоставим основные свойства силового и параметрического резонансов.  [c.143]

Таким образом, измерения нейтронных сечений с низким разрешением по энергиям приводят к усреднению по резонансам и дают непосредственную информацию о величине Гп/D, которая называется силовой функцией. Вместо силовой функции иногда вводят коэффициент прилипания = 2я (f /D). Полное усредненное сечение Ot тогда можно записать в виде  [c.142]

Предварительные замечания. В своей практической деятельности инженеру часто приходится сталкиваться с резонансом силового происхождения, который в линейных системах имеет место при совпадении какой-либо гармоники возмущающей силы с одной из собственных частот. Параметрический резонанс, возникающий при определенной пульсации параметров системы (например, приведенной массы или жесткости), требует достаточно тонкой частотной настройки и встречается значительно реже, поэтому нередко расценивается как несущественное и маловероятное побочное явление. Между тем, практика эксплуатации многих машин свидетельствует о том, что параметрический резонанс в ряде случаев не только является источником нарушений нормального функционирования механизмов, но может также приводить и к серьезным авариям, угрожающим безопасности обслуживающего персонала. В п. 16 мы уже упоминали об этом явлении, связанном с нарушениями условий динамической устойчивости.  [c.245]

Во-первых, резонанс силового происхождения представляет собой вынужденные колебания устойчивой системы, которые, в частности, могут иметь место и при нулевых начальных условиях. Параметрический резонанс — это проявление неустойчивости равновесного состояния, в силу чего система при нулевых начальных условиях остается в положении равновесия и только неизбежные начальные возмущения приводят к раскачке. Так, для системы, описываемой линейным дифференциальным уравнением второго порядка с периодическими коэффициентами, при параметрическом резонансе общее решение без учета диссипации имеет вид  [c.245]

Расчет фундамента обычно ограничивается определением собственной частоты колебаний фундамента и вычислением амплитуды колебаний вне области резонанса. Напряжения в фундаменте, вызванные действием его собственных сил инерции и силами инерции установленной на нем машины, обычно не Q( вычисляются. Основание блока или плиты обычно считается абсолютно жестким. Статический расчет фундамента часто ограничивается вычислением лишь так называемой эксцентричности фундамента, т. е. проверкой условия, чтобы центры тяжести фундамента и площади его основания лежали на общей вертикальной прямой, а также определением удельного давления на грунт. Для силового расчета необходимо знать коэффициенты жесткости пружинящих элементов, например, винтовых пружин, резиновых прокладок и т. п. , моменты инерции и центробежные моменты фундамента и укрепленных на нем машин. Ввиду того, что аналитическое вычисление коэффициентов жесткости обычно является неточным, оно по возможности заменяется опытными замерами.  [c.166]

Рассмотрим схему эксперимента, а также, кривые зависимостей динамической податливости и фазового угла от частоты (рис. 4.30). На рисунке указаны размеры образца, изготовленного из материала 3M-ISD-110, значения комплексного модуля приведены на рис. 7.17. Динамические перемещения тела с массой т = 5,355 кг измерялись с помощью акселерометра, колебания возбуждались с помощью удара, создаваемого силовым датчиком. С помощью быстрого преобразования Фурье находится податливость, измеряемая в метрах на ньютон. Из рис. 4.30 можно видеть, что ни k, ни т) нельзя найти ни методом амплитуд, ни методом определения ширины полосы резонанса, при любых значениях частот, включая резонансную. По  [c.192]

Определение амплитудно-частотных вибрационных характеристик силовых установок, включающих механизмы с зубчатыми передачами, имеет весьма важное значение. Их знание позволяет провести эффективную разработку комплекса конструктивных и технологических мероприятий, направленных на снижение шума и вибраций, а также необходимо при прочностных расчетах и отстройке от резонансов некоторых деталей сопряженных механизмов (например, лопаток турбин).  [c.91]

Уравнения (8) описывают нестационарный режим движения силовой гидравлической системы. Активное взаимодействие такой системы с исполнительным двигателем имеет место в области основного резонанса [2]. Поэтому ограничимся рассмотрением  [c.293]

Примером силового возбуждения, дающего на резонансе нулевой момент, является модель 6. Активный момент для этой схемы  [c.19]

Для I = i силовая ф-ция Si имеет близкие значения и максимумы при А 100 и 240. На зависимости силовой ф-ции от А в значит, степени базировалась оптическая модель ядра. Силовая ф-ция непосредственно связана с усреднённым по резонансам сечением образования составного ядра. Для s-резонансов  [c.277]

V = 1, т. е. пружина находится в продольном резонансе. При силовом возмущении пружина теряет динамическую устойчивость при любом N для кинематического возмущения справедливы формулы (59), однако при HjD) [c.52]

Коэффициент Кд называют действующей подвижностью. Он равен сумме переходных подвижностей с учетом их значимости а (со), определяемой значениями действующих сил. Частотная характеристика действующей подвижности позволяет судить о резонансных свойствах конструкций механизмов, блочных агрегатов в целом и с учетом особенностей силового воздействия. Максимумы в частотной характеристике действующей подвижности соответствуют основным резонансам конструкций. Роль участка или элемента конструкций в передаче колебаний к контрольной точке оценивают не его переходной подвижностью, а произведением а (w)5 f (w). Сравнивая эти коэффициенты, можно выявить силы и участки конструкций, через которые передается большая часть колебательной энергии.  [c.418]

Виброизоляторы типа АД. Чертеж, основные размеры я параметры виброизоляторов АД приведены на рис. 28, статические характеристики в осевом направлении — на рис. 29, а и б. На рис. 30 изображена амплитудно-частотная характеристика виброизоляторов в осевом направлении при номинальных статических нагрузках и амплитудах колебаний основания от 0,01 до 0,15 см (при резонансе). Силовые ударные характеристики в осевом направлении при различной статической нагрузке приведены на рис. 31.  [c.207]

Чертеж, размеры и основные параметры виброизоляторов типа АФД приведены на рис. 33, их статические характеристики в осевом направлении — на рис. 34. На рис. 35 изображены амплитудно-частотные характеристики, соответствующие различным статическим нагрузкам при колебаниях основания в осевом направлении с амплитудами от 0,01 до 0,1 см (при резонансе). Силовые ударные характеристики в осевом направлении при различных статических нагрузках приведены на рис. 36.  [c.209]

Виброизоляторы типа АПН. Виброизоляторы этого типа отличаются от виброизоляторов типа АФД лишь тем, что верхняя пружина идентична нижней. Чертеж, размеры и основные параметры виброизоляторов типа АПН представлены на рнс. 37, статические характеристики в осевом направлении — на рис. 38. На рис. 39 представлены амплитудно-частотные характеристики при различных статических нагрузках и амплитудах колебаний основания (в осевом направлении) от 0,01 до 0,1 см (прн резонансе). Осевые силовые ударные характеристики приведены на рис. 40 и 41.  [c.209]

Мы уже позггакомились с тем, как неизохронность проявляется при обыкновенном силовом резонансе (см. рис. 3.25), и теперь следует рассмотреть ее для случая параметрического резонанса. Постараемся выяснить некоторые наиболее существенные особенности поведения интересующих нас систем при допущениях и предположениях, весьма далеких от строгости, но позволяющих правильно оцепить характер параметрического резонанса в ряде нелинейных систем. Для простоты рассмотрим консервативную систему, состоящую из индуктивности и конденсатора с сегнето-электриком (рис. 4.5). Пусть в этой системе происходит такое периодическое изменение индуктивности, что  [c.135]

Необходимость работы на резонансе перемещений, коэффициент усилеиня при котором зависит от меняющихся диссипативных сопротивлений, требует специальных мероприятий но стабилизации режимов и управлению процессами испытаний. Поэтому в стендовых испытаниях находят применение резонансные системы с кинематическим увеличением перемещений при работе на силовом резонансе (рис, 26). Пульсатор разгружен от статической компоненты нагрузки и создает только динамические перемещения, равные деформации образца, т. е, работает в режиме, отвечающем = I.  [c.168]

В сердечнике из магнитоотрикцион-пого материала при наличии электромагнитного поля домены разворачиваются в направлении магнитных силовых линий, что вызывает изменение размера поперечного сечения сердечника и его длины. В переменном магнитном поле частота изменения длины сердечника равна частоте колебаний тока. При совпадении частоты колебаний тока с собственной частотой колебаний сердечника наступает резонанс и амплитуда колебаний торца сердечника достигает 2—10 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике закрепляют резонансный волновод переменного поперечного сечения, что увеличивает амплитуду колебаний до 10— 60 мкм. На волноводе закрепляют рабочий инструмент — пуансон. Под пуансоном-инструментом устанавливают заготовку и в зону обработки поливом или иод давлением подают абразивную суспензию, состоящую из воды и абразивного материала. Из абразивных материалов используют карбиды бора или кремния и электрокорунд. Наибольшую производительность получают при использовании карбидов бора. Инструмент поджимают к заготовке силой 1 — 60 Н.  [c.411]

Возникает вопрос, насколько правомерной является оценка с помощью этих параметров диссипативных свойств системы при неодночастотных колебаниях и какие коррективы следует внести при этом в инженерный расчет. Применительно к задачам динамики цикловых механизмов этот вопрос имеет особое значение, так как затухание периодически возбуждаемых сопровождающих колебаний происходит на фоне вынужденных колебаний. Необходимость в уточнении коэффициентов диссипации может возникнуть также при резонансе на определенной гармонике возмущения при одновременном воздействии достаточно интенсивного возмущения другой частоты. Такие условия в цикловых механизмах иногда возникают при одновременном силовом и кинематическом возбуждении системы. Кроме того, коррективы коэффициентов диссипации могут играть весьма важную роль при определении условий подавления параметрических резонансов.  [c.41]

Условие (О ка 1/ JJin осуществляется на резонансных машинах. При этом размах давления в силовом-цилиндре получает минимальное значение (резонанс сил) и использование цилиндра в качестве датчика силы невозможно.  [c.347]

ЦИХ с частотой a = mQ, но сдвинутых по времени одна относ тель-но другой на четверть периода колебаний. Направление и частота вращения вынужденной бегущей волны перемещений системы совпадает с направлением и частотой вращения бегущей силовой волны. При частоте вращения силовой волны Q = p/m или Q = —plm у системы наблюдается одновременный резонанс по обеим независимым собственным формам, и образуется бегущая резонансная волна, отстающая от силовой на четверть волны, поскольку для резонанса у = л12. Амплитуда бегущей резонансной волны, как видно из формулы (2.29), qpea — Qo l -  [c.34]

Виброизоляторы типа АР. У виброизоляторов типа АР резиновый массив выполнен в виде монолита с десятью рожками с завулканизированными в них гайками (рнс 14) Статические характеристики этих виброизоляторов приведены на рис. 15. Амплитудно-частотная характеристика виброизолятора АР-5 при номинальной статической нагрузке и амплитудах колебаний основания от 0,01 до 0,1 см (при резонансе) приведена на рис 16, силовые ударные характеристики виброизоляторов АР-5 и АР-10 в осевом направлении при различных статических нагрузках (для АР-10—при номинальной нагрузке) — на рнс. 17 и 18.  [c.205]

Таким образом, если перемещения всех точек линейной системы имеют фазовый сдвиг я/2 по отношению к монофазному гармоничному возбуждению, то система совершает вынужденные колебания по собственной форме консервативной системы независимо от того, связывают диссипативные силы нормальные координаты или нет. Монофазное силовое распределение в этом случае должно удовлетворять условию (11.13.47). Использование этого условия для выбора сил затруднено, поэтому на практике обычно прибегают к фазовому критерию резонанса. Соответствующее силовое распределение выбирают либо вручную, либо в полуавтоматическом режиме работы вибрационных установок. Ест предположить, что диссипативные силы не связывают нормальные координаты, то можно получить более простое выражение для монофазного силового распределения  [c.378]

---

Подработка электриком в Красноярске. Найти срочную подработку электриком.

Установка электрического полотенцесушителя

5 ноября 2021

50 000–70 000 ₽

Трубы: пластиковые, металлические, гибкая подводка, чугунные. Нежилое помещение. Водоснабжение и канализация подведены.

Установить: душевую кабину. Установить: напольный унитаз. Демонтаж старого унитаза не потребуется. Установить: электрический полотенцесушитель. Установить: сенсорный смеситель. Смеситель крепится: к раковине. Врезка в стояки водоразбора и Канализации.

Монтаж светодиодных панелей

36 минут назад

10 000–50 000 ₽

Квартира в новостройке. Материал поверхности: бетон, кирпич.

Монтаж интернет-кабеля. Заменить проводку, проложить проводку с нуля, проложить проводку к стиральной машине, проложить проводку к кухонной технике, вывести проводку на балкон, перенести розетки, перенести выключатели, разводка электропроводки. Провода нет. Протяжённость интернет-кабеля: 10 м. Установить обычные розетки: 20 шт. Установить силовые розетки: 1 шт. Установить интернет-розетки: 3 шт. Установить выключатели: 10 шт. Установить светодиодную ленту: 5 м. Установить потолочные светильники: 3 шт. Установить точечные светильники: 2 шт. Установить светодиодные панели: 3 шт. Установить: трёхфазный электросчётчик. Количество счётчиков: 1 шт. Установить: встроенный электрощит. Модулей на щите: до 24 шт. Количество и озвученые позиции для монтажа примерны. Фактическим количеством необходимых электроточек и полным объёмом работ на данный момент не обладаю (проект ещё в работе). Квартира площадью 44-46 м2. Отделка получистовая. Прошу направлять прайсы оказываемых услуг и используемых материалов. А также примерную стоимость работ на объектах со схожей площадью, проводимых Вами.

Железнодорожный

Установка видеокамер

вчера

5000–15 000 ₽

Магазин. Площадь помещения: 25 м².

Всем привет! Меня зовут Максим Щелконогов – я работаю с франшизами. Ты мог слышать эти сети: “Налево”, “Hookah Place”, “Трдельник”, “Мамин Хлеб”, студия образа “Мохито”. Запускаем пекарню в Красноярске, там мне потребуется опытный специалист в вопросе установки видеокамер минимум от 1 года работы с IP-системами. При рассмотрении мастера важны такие качества, как компетентность и соблюдение норм установки. Нормы описан в подробном регламенте. Срок рассмотрения заявки: до 15 ноября. Если ты частный мастер и круто делаешь свою работу – эта заявка для тебя. Ищу людей, с которыми буду работать на длинной дистанции, поэтому если сработаемся — все новые объекты в твоем городе будут твоими. Оставляй отклик и обменяемся контактами!).

Железнодорожный

Замена электропроводки

Промышленное здание. Материал поверхности: кирпич.

Заменить проводку. Провод в наличии. Кабель одеть в гофру и проложить 70 м по профлисту, прижимая клипсу на саморез.

Железнодорожный

Установка электрощита

9 ноября 2021

500–3000 ₽

Квартира в жилом доме. Материал поверхности: кирпич.

Установить: встроенный электрощит. Модулей на щите: до 6 шт. Распределить кабеля на автоматы 6 шт. Возможно щиток будет скрыт в стене, пища под него сделана.

Электрика

9 ноября 2021

3000 ₽

Квартира в жилом доме.

Необходимо в подъездном электрощите добавить 4-5 автоматов. Разобраться, откуда какие провода приходят, разметить автоматы.

Железнодорожный

Ольга Жилинскене

Ремонт люстр и осветительных приборов

6 ноября 2021

100–2000 ₽

Квартира в жилом доме.

Починить точечные светильники: 5 шт. При включении пару секунд горят, затем тускнеют.

Ремонт выключателей

Квартира панельная.

Починить обычные выключатели: 1 шт. Вырубила автомат-включил не работает свет в туалете, ванне, кухне и розетка.

Установка точечных светильников

Офисное помещение. Материал поверхности: бетон.

Вывести проводку на балкон. Провод в наличии. Установить точечные светильники: 2 шт. Требуется заменить 2 прожектора освещения наружной рекламы, добавить в цепь фотореле.

“Положительный заряд”. Новые решения в электрике — LiveJournal

Разнообразие цветов и материалов серии GaleaTM Life дает простор творчеству и позволяет найти дизайн, отвечающий индивидуальному стилю клиента.

Не повиновение моде, а самовыражение: настоящие металлические рамки для Вашего и только Вашего стиля.

Воплощая свои жизненные планы, Вы не привыкли оставлять детали без внимания. Очень часто именно они служат инструментом для выражения индивидуальности. Как, например, эти рамки из природных материалов.

Управление коммуникациями
Телефонные розетки

Розетка RJ 11 – Розетка RJ 45 – Розетка двойная RJ 11/RJ 45

Информационные розетки

Розетки RJ 45 кат.5е (монтаж на винтах или захватах) – Розетки RJ 45 кат.6

Управление приводами (рольставни, жалюзи, тенты) и отоплением
Устройства управления приводами

Индивидуальный механизм для управления рольставнями / жалюзи / тентом – Механизм для управления группой рольставней – Выключатель с ключом для рольста

Управление освещением
Устройства управления освещением

Выключатели – Выключатели с подсветкой / индикацией – Выключатели двойные – Переключатели – Кнопки – Переключатели поворотные – Выключатели с выдержкой времени – Выключатели с ключом – Свет

Розетки силовые 2К – Розетки силовые 2К+З немецкий стандарт – Розетки с защитными шторками

Безопасность, контроль доступа
Устройства систем сигнализации

Детектор затопления – Детектор газа метан – Детектор газа пропан/бутан

Устройства контроля доступа

Устройство доступа с электроным ключом – Выключатель с картой

Звуковая трансляция, акустические розетки, зуммеры и звонки
Устройства звуковой трансляции

FM-тюнер стерео – Центральный блок звуковой трансляции – Устройство управления c LCD экраном – Локальный FM-тюнер с модулем связи – Колонка 6,5”/100 Вт –

Это и многое другое вы можете приобрести в нашем-интернет-магазине: http://www.grand-electro.ru/shop

Газета Восточный Экспресс Ногинск Электросталь » Страшная трагедия в Ногинске унесла шесть человеческих жизней, в том числе троих детей.

 

Жертвами неисправного газового оборудования в старом доме в Ногинске стали две семьи, в том числе трое детей.

  Трагедия произошла в ветхом доме 1950-х годов постройки на улице Центральная в микрорайоне Красный Электрик. Началось все с того, что 31-летняя Яна перестала выходить на связь с родственниками и не появлялась на работе в парикмахерской, где ей разрешали раньше уходить с работы, чтобы забирать детей из детского сада.Дело в том, что она одна воспитывала троих детей – 10, 5 и 4 лет от роду. Финансовое положение женщины было тяжелым, платить за коммуналку ей помогал брат и в последнее время она занималась оформлением субсидии на квартплату. В декабре 2017 года многодетная мать продала комнату в коммунальной квартире в микрорайоне Поселок ЖБИ в Ногинске и, добавив материнский капитал, купила двухкомнатную квартиру, где и произошла страшная трагедия. Тревогу  забили и в школе, когда на уроках после длинных выходных не появился 10-летний сын Яны. Брат многодетной матери Вячеслав, не на шутку обеспокоившись, решил приехать к сестре. Дверь никто не открывал. Квартира Яны на первом этаже. Через окно мужчине удалось разглядеть, что в квартире работает газовая колонка, также чувствовался запах гари.     Заподозрив неладное, Вячеслав вызвал спасателей и полицейских. В квартире они обнаружили ужасную картину – Яна и трое ее детей были мертвы. В коридоре лежало бездыханное тело одного ребенка, в комнате было обнаружено еще два детских трупа, а саму хозяйку нашли мертвой в ванной. По словам полицейских, помимо включенной газовой колонки, на кухне работали все газовые конфорки, а над плитой была натянута верёвка, на которой сушились детские вещи. Все окна были закрыты. По предварительным данным, люди скончались около трех дней. Основная версия трагедии – они отравились угарным газом. При обходе квартир в этом доме в аналогичном жилище этажом выше обнаружили еще два трупа – 73-летней пенсионерки Светланы Игоревны и ее 54-летнего сына Вячеслава. Они тоже надышались угарным газом. Причиной гибели шести человек, скорее всего, стала забитая вытяжка в квартире многодетной матери, где накопился угарный газ и затем пошел в квартиру выше. – По нормативам состояние газового хозяйства должно проверяться раз в год, и отвечает за этот процесс управляющая компания «Партнер Сервис», – рассказал главный инженер подрядной организации, которую наняла управляющая компания. – В этом доме опрессовка газового оборудования проводилась 1 июня 2017 года. В квартире, где жила пенсионерка с сыном, неполадок не обнаружили, а Яны не было дома. Что касается вытяжек, то их должны проверять раз в квартал. Трагедия на Красном Электрике получила огромный резонанс по всей стране: о ней рассказали многие центральные СМИ. Подруга погибшей женщины Наталья рассказала «Пятому каналу», что Яна всего два месяца назад приобрела новую квартиру, но, не успев даже порадоваться покупке, стала замечать постоянные утечки газа. Около месяца назад ее дети чуть не задохнулись — их пришлось откачивать. Потом уже дети стали жаловаться на недомогание, да и сама женщина стала замечать слабость и головокружение. Наталья отозвалась о Яне как об очень ответственной матери: -«Вся ее жизнь была в детях».   Она даже не успела порадоваться покупке.   Близкие говорят, что Яна была  оптимисткой, хотя ее личная жизнь не сложилась. Она дважды была замужем, разочаровалась в мужчинах и после второго развода зареклась больше не выходить замуж. Но все это сделало ее самостоятельной, она любила детей и стремилась к лучшему. Следственный комитет возбудил уголовное дело по факту гибели двух и более лиц, а также оказания услуг, не отвечающих требованиям безопасности.  

российские вузы установили рекорд в Международном рейтинге исследования

Российские вузы прорвались в Международный предметный рейтинг. Их количество в топ-100 выросло до рекордных 47. Ежегодный рейтинг составляется британской компаний Quacquarelli Symonds. Вузы оценивались по 51 дисциплине в пяти предметных областях.

При составлении рейтинга компания проанализированы 13 тысяч 800 учебных программ в 1440 университетах по всему миру, поясняет ТАСС. Российских вузов за год стало в рейтинге на четыре больше. Но количество занятых российскими университетами позиций увеличилось сразу на 28 – в 39 предметных и пяти отраслевых рейтингах учебные заведения из России заняли 278 позиций.

“Несмотря на растущий уровень конкуренции по широкому спектру дисциплин, присутствие российских вузов в предметных рейтингах становится все более заметным”, – отметил директор аналитического центра QS Бен Саутер.

В топ-100 вошел МГУ имени М.В. Ломоносова, а с ним в десятку лучших вошли также Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, Санкт-Петербургский государственный университет, Национальный университет “Московский физико-технический институт”, Уральский федеральный университет, Новосибирский госуниверситет, Томский госуниверситет, Казанский федеральный университет, Российский университет дружбы народов (РУДН), Санкт-Петербургский политехнический университет имени Петра Великого и Томский политехнический университет.

Наибольшее российское представительство в отраслевых рейтингах по естественным наукам, инженерным наукам и технологиям, общественным наукам и управлению, искусству и гуманитарным наукам. По предметам лидируют программы по физике и астрономии, математике, компьютерным наукам и информационным системам, инженерным специальностям в области механики, авиации, космоса и промышленного производства, затем идут химия, экономика и эконометрика, бизнес и управление, инженерные специальности в электрике и электронике, лингвистика, инженерные специальности по нефти и газу, а также подготовка специалистов по современным языкам.

Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина и Сколковский институт науки и технологий впервые вошли в предметные рейтинги лучших университетов. Также новичками в рейтинге оказались Московский авиационный институт и Южно-Уральский государственный университет.

В топ-30 по нефти и газу вошел Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Улучшил свои позиции по предмету “инженерное дело – добыча полезных ископаемых и горная промышленность” Санкт-Петербургский горный университет. Его позиция теперь двенадцатая.

Мировое лидерство в рейтинге поделили Гарвардский университет и Массачусетский технологический институт. Каждый из вузов занял первое место по 12 предметам. Вузы США в 30 случаях возглавляют рейтинги. На втором месте по этому показателю идет Великобритания (13), а на третьем – Швейцария (4).

Смартфон — помощник электрика (часть 1)

Сегодня в онлайн-магазинах можно скачать приложения на любой случай жизни: кулинария и полезные советы, навигаторы и здоровье, напоминания и электрика. О последнем пункте и пойдет речь в данной статье.
Приложения для электриков можно классифицировать по языку, функционалу, способу распространения. Если Вы не владеете английским, лучше поискать версии на русском языке, а если не переносите надоедливую рекламу, то придётся купить платную версию. В интернет-магазинах Google Play и Apple Store присутствует множество справочников для электриков, а также сервисов, способных производить расчеты технических параметров.  Представим некоторые из них.

Мобильный электрик
Рейтинг: 4,6. Бесплатная версия содержит рекламу, но можно купить приложение, что уберёт надоедливые баннеры. Сервис способен рассчитывать плотность и работу тока, сечение и длину проводника, падение напряжения в цепи, мощность электродвигателя, нагрузку сети, ток короткого замыкания и многие другие характеристики. Также Мобильный электрик содержит математический калькулятор и справочники. Большинство отзывов положительные.

 

 

 

Электра Лайт
Рейтинг: 4,4. Есть платная и бесплатная версия. Неплохое приложение для расчетов по электрике. С его помощью можно определить и высчитать сечение проводника и кабеля, слаботочные системы и электропроводку. Отзывы, как правило, положительные, но пользователи жалуются на рекламу.

 

 

 

ElectroDroid
Рейтинг: 4,7. Имеется платная и бесплатная версия. ElectroDroid – полный набор инструментов для радиолюбителя. В приложении содержится цветовая кодировка резисторов (3-6 полос), чип-резисторов, дросселей, расчет по закону Ома, реактивного сопротивления и резонанса, делитель напряжения и многие другие технические параметры и справочники. Большинство пользователей хвалят приложение.

 

 

 

Электрическая цепь. Калькулятор
Рейтинг: 3,8. Бесплатный калькулятор электрической цепи, в котором можно рассчитать ток в параллельных цепях, напряжение и сопротивление. Сервис подходит для школьников и студентов. Некоторые пользователи жалуются на непонятный интерфейс.

 

 

Разнорабочий калькулятор
Рейтинг: 4,5. Неплохое бесплатное приложение для строительства. Помогает рассчитать необходимые стройматериалы, сэкономить время и деньги. Недавно сервис был переведён на русский язык. Пользователи жалуются на баги в определении количества стройматериалов и не принятые в России единицы измерения.

 

 

 

Существует еще множество сервисов для электриков, но главным их минусом является отсутствие версий на русском языке. Напомним, что при использовании какого-либо приложения нужно помнить, что электричество опасно, поэтому следует четко понимать все свои действия. По этой же причине не стоит стесняться обратиться к профессионалам, так как программы рассчитаны на людей с опытом работы.

Мы продолжим знакомить Вас с приложениями для электриков.

резонанс

НОВИНКА! ‣ – Пакеты электронных компонентов Amazon. Посетите страницу Amazon Electronic Component Packs.

Что такое резонанс?

Резонанс возникает, когда реактивное сопротивление катушки индуктивности уравновешивает реактивное сопротивление конденсатора на некоторой заданной частоте. В таком резонансном контуре, где он находится в последовательном резонансе, ток будет максимальным и иметь минимальное сопротивление.В параллельных резонансных цепях все наоборот.

Формула резонанса

Формула резонанса:

2 * пи * f * L = 1 / (2 * пи * f * C)

где: 2 * пи = 6,2832; f = частота в герцах, L = индуктивность в Генри и C = емкость в Фарадах.

Что приводит нас к:

f = 1 / [2 * пи (sqrt LC)]

где: 2 * пи = 6,2832; f = частота в герцах, L = индуктивность в Генри и C = емкость в Фарадах.

Особенно простая формула для радиочастот (обязательно выучите ее):

LC = 25330.3 / f ²

где: f = частота в мегагерцах (МГц), L = индуктивность в микрогенри (мкГн) и C = емкость в пикофарадах (пФ)

Исходя из этого, используя простую алгебру, мы можем определить:

LC = 25330,3 / f ² и L = 25330,3 / f ² C и C = 25330,3 / f ² L

Импеданс при резонансе

В последовательном резонансном контуре полное сопротивление является самым низким для резонансной частоты, тогда как в параллельном резонансном контуре полное сопротивление является максимальным для резонансной частоты.См. Рисунок 1.

Рисунок 1 – Резонанс в последовательной и параллельной цепях

«Для последовательной цепи в резонансе, частоты, удаленные от резонанса, видят постоянно увеличивающийся импеданс. Для параллельной цепи в резонансе, частоты, удаляющиеся от резонанса, видят постоянно уменьшающийся импеданс» .

Это было очень важное заявление. Пожалуйста, прочтите его несколько раз, чтобы полностью понять.

Типичным примером, иллюстрирующим это утверждение, являются многочисленные параллельные схемы, используемые в радио.Посмотрите на параллельный резонансный контур выше. В резонансе этот контур оказывает такое высокое сопротивление резонансному контуру, что он почти невидим, и сигнал проходит мимо. По мере того, как цепь отклоняется от своей резонансной частоты вверх или вниз, она представляет собой уменьшающееся сопротивление и постепенно позволяет другим сигналам просачиваться на землю. На частотах, далеких от резонанса, параллельный резонансный контур выглядит как короткий путь к земле. Для последовательного резонанса верно обратное.

Система пользовательского поиска Google

Есть вопросы по этой теме?

Если вы занимаетесь электроникой, подумайте о том, чтобы присоединиться к нашей группе новостей “Электроника Вопросы и ответы”, чтобы задать там свой вопрос, а также поделиться своими тернистыми вопросами и ответами.Помогите своим коллегам !.

Абсолютно самый быстрый способ получить ответ на свой вопрос, и да, я DO читал большинство сообщений.

Это группа взаимопомощи с очень профессиональной атмосферой. Я ничего не узнал. Это отличный обучающий ресурс как для скрытых, так и для активных участников.

ТЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С РЕЗОНАНСОМ

емкость

ток

импеданс

индуктивность

“Q”

реактивное сопротивление

напряжение

Ссылка на страницу

НОВИНКА! – Как перейти по прямой ссылке на эту страницу

Хотите создать ссылку на мою страницу со своего сайта? Нет ничего проще.Знания HTML не требуются; даже технофобы могут это сделать. Все, что вам нужно сделать, это скопировать и вставить следующий код. Все ссылки приветствуются; Искренне благодарю вас за вашу поддержку.

Скопируйте и вставьте следующий код для текстовой ссылки :

<а href = "https://www.electronics-tutorials.com/basics/resonance.htm" target = "_ top"> посетите страницу Ian Purdie VK2TIP "Resonance"

, и он должен выглядеть так:
посетите Ian Purdie VK2TIP “Resonance” Страница

ВЫ ЗДЕСЬ: ГЛАВНАЯ> ОСНОВЫ> РЕЗОНАНС

автор Ян К.Purdie, VK2TIP сайта www.electronics-tutorials.com заявляет о моральном праве на быть идентифицированным как автор этого веб-сайта и всего его содержания. Copyright © 2000, все права защищены. См. Копирование и ссылки. Эти электронные учебные пособия предназначены для индивидуального частного использования, и автор не несет никакой ответственности за применение, использование, неправильное использование любого из этих проектов или учебных пособий по электронике, которое может привести к прямому или косвенному ущербу или убыткам, связанным с этими проектами или учебными пособиями. .Все материалы предоставляются для бесплатного частного и общественного использования.
Коммерческое использование запрещено без предварительного письменного разрешения www.electronics-tutorials.com.

---

Авторские права © 2000, все права защищены. URL – https://www.electronics-tutorials.com/basics/resonance.htm

Обновлено 15 мая 2000 г.

Связаться ВК2ТИП

Резонансных цепей RLC

Резонансные цепи используются для избирательного реагирования на сигналы заданной частоты при одновременном различении сигналов разных частот.Если характеристика схемы имеет более узкий пик около выбранной частоты, мы говорим, что схема имеет более высокую «избирательность». «Фактор качества» Q, как описано ниже, является мерой этой избирательности, и мы говорим о схеме, имеющей «высокую добротность», если она является более узкоселективной. Примером применения резонансных цепей является выбор радиостанций AM радиоприемником. Избирательность настройки должна быть достаточно высокой, чтобы четко различать станции выше и ниже по несущей частоте, но не настолько высокой, чтобы различать «боковые полосы», создаваемые наложением сигнала амплитудной модуляцией. Селективность цепи зависит от величины сопротивления в цепи. Варианты последовательного резонансного контура справа следуют примеру Serway & Beichner. Чем меньше сопротивление, тем выше Q для данных значений L и C. Параллельный резонансный контур чаще используется в электронике, но алгебра, необходимая для характеристики резонанса, гораздо сложнее. При тех же параметрах цепи рисунок слева показывает мощность, рассеиваемую в цепи, как функцию частоты.Поскольку эта мощность зависит от квадрата тока, эти резонансные кривые кажутся круче и уже, чем резонансные пики для тока, указанные выше. Добротность Q определяется как , где Δω – ширина резонансной кривой мощности на половине высоты. Поскольку эта ширина оказывается равной Δω = R / L, значение Q также можно выразить как Q – это обычно используемый параметр в электронике, значения которого обычно находятся в диапазоне от Q = 10 до 100 для схемных приложений.

Index AC Circuits Reference Serway & Beichner Ch 33

The Physics of Resonance

Электрические схемы

Трудно понять идею, что электрические цепи могут резонируют, потому что мы не видим, как это происходит. Тем не менее, это один из самых полезные и распространенные формы резонанса.

Резонанс может возникать в так называемом RLC схема.Буквы обозначают разные части схемы. р для резистора. Это устройства, преобразующие электрическую энергию. в тепловую энергию. Другими словами, они удаляют энергию из цепь и преобразовать ее в тепло. L обозначает индуктор. (Как они придумали L для индуктора трудно понять.) Индуктивность в электрических цепях подобна массе или инерция в механических системах. Это ничего не значит, пока вы не попытаетесь изменить.В механике изменение – это изменение скорости. В электрическая цепь это изменение тока. Когда это происходит, индуктивность сопротивляется изменение. C – для конденсаторов, которые хранят электрическую энергия почти так же, как пружины хранят механическую энергию. Индуктор концентрирует и хранит магнитную энергию, в то время как конденсатор концентрирует заряд и тем самым накапливает электрическую энергию.

Конечно, первый шаг в понимании резонанса в любой системе – найти собственную частоту системы.Здесь индуктор (L) и конденсатор (C) являются ключевыми компонентами. В резистор имеет тенденцию гасить колебания, потому что он забирает энергию из схема. Для удобства мы временно проигнорируем его, но помните, Как и трение в механических системах, сопротивление в цепях невозможно устранить.

Рисунок 1: Положение переключателя для зарядка конденсатора		Рисунок 2: Положение переключателя для включения цепь колеблется

Мы можем заставить цепь колебаться с естественной частоты, сначала сохраняя электрическую энергию или, другими словами, заряжает свой конденсатор, как показано на рисунке 1.Когда это будет выполнено переключатель переведен в положение, показанное на рисунке 2.

В момент времени = 0 все электрические энергия накапливается в конденсаторе, и ток равен нулю (см. Рисунок 3). Обратите внимание, что верхняя пластина конденсатора заряжена. положительно и низко отрицательно. Мы не видим электроны колебания в цепи, но мы можем измерить его с помощью амперметра и построить график зависимости тока от времени, чтобы представьте себе, что такое колебание.Обратите внимание, что T на нашем графике – это время, необходимое для завершения одного колебания.		Рисунок 3: Начало колебаний
Ток течет по часовой стрелке (см. Рис. 4).Энергия перетекает из конденсатора в катушку индуктивности. Вначале может показаться странным, что индуктор содержит энергию, но это подобна кинетической энергии, содержащейся в движущейся массе.		Рисунок 4: время = 1 / 4T
В конце концов энергия течет обратно в конденсатор, но обратите внимание, что полярность конденсатора теперь обратная.В других словами, нижняя пластина теперь имеет положительный заряд, а верхняя пластина отрицательный заряд (см. рисунок 5).		Рисунок 5: время = 1 / 2T
Теперь ток меняется на противоположный, и энергия течет из конденсатора обратно в катушку индуктивности (см. рисунок 6).Наконец-то энергия полностью возвращается в исходную точку, готовая начать Повторите цикл, как показано на Рисунке 3.		Рисунок 6: время = 3 / 4T

Частота колебаний может быть приблизительно равна следует:

	f	=	1
			2p (LC) 0.5

Где:	f = частота
	L = индуктивность
	C = емкость

Рисунок 7: Резонирующий контур

В реальных цепях LC всегда есть некоторое сопротивление, которое вызывает рост амплитуды тока меньше с каждым циклом.После нескольких циклов ток уменьшается до нуль. Это называется «затухающей синусоидальной» формой волны. Как быстро ток демпфирования до нуля зависит от сопротивления в схема. Однако сопротивление не меняет частоту синусоидальная волна. Если сопротивление достаточно высокое, ток будет вообще не колеблются.

Очевидно, что там, где есть собственная частота, есть способ возбуждают резонанс.Мы делаем это, подключая переменный ток (AC) источник питания до схемы, показанной на рисунке 7. Термин «чередование» означает, что выходной сигнал источника питания колеблется с определенной частотой. Если частота источника питания переменного тока и цепь, к которой он подключен, являются то же самое, то возникает резонанс. В этом случае мы измеряем амплитуду или величина колебания при измерении тока.

Обратите внимание на рисунок 7, что мы снова вставили резистор в схему.Если нет резистора в цепи амплитуда тока будет увеличиваться, пока цепь не сгорит вверх. Увеличение сопротивления ведет к уменьшению максимального размера амплитуда тока, но не меняет резонансную частоту.

Как показывает практика, цепь не колебаться, если сопротивление (R) достаточно низкое, чтобы соответствовать следующему условию:

	R	=	2 (аккредитив) 0.5

Резонанс в цепях может быть просто любопытством, кроме за его полезность при передаче и приеме беспроводных средства связи, включая радио, телевидение и сотовые телефоны. Передатчики, используемые для отправки сигналов, обычно представляют собой схемы, разработанные резонировать на определенной частоте, называемой несущей частотой.В передатчик затем подключается к антенне, которая излучает электромагнитные волны на несущей частоте.

Антенна на другом конце принимает сигнал и подает его в еще один контур, также предназначенный для резонанса на несущая частота. Очевидно, что антенна принимает много сигналов на разные частоты, не говоря уже о фоновом шуме. Резонирующий схема по существу выбирает правильную частоту из всех нежелательные.

В радиомодулях с амплитудной модуляцией (AM) амплитуда несущая частота изменена так, чтобы она содержала звуки снял микрофон. Это простейшая форма радио передачи, но очень восприимчив к шуму и помехам.

Частотно-модулированное радио или FM-радио решают многие проблемы. проблемы AM-радио, но ценой более высокой сложности в система. В системе FM звуки преобразуются электронным способом в небольшие изменения несущей частоты.Единица оборудования, которая выполняет преобразование, называется модулятором и используется с передатчик. Кроме того, к разъему должен быть добавлен демодулятор. приемник для преобразования сигнала обратно в форму, которую можно воспроизвести на динамик.

Артикул:

Физика для ученых и инженеров, 4-е издание Том 2 , Раймонд А.Serway, Saunders College Publishing, стр.949

Благодарности:

Этот проект поддержан Национальный научный фонд Грант Research
Experience for Teachers в рамках программы Clemson University Лето
, бакалавриат, исследования в области беспроводной связи.

Особая благодарность д-ру Чалмерсу Батлеру из Университета Клемсона. за его руководство и вклад в подготовку этой страницы.

Для получения дополнительной информации о беспроводной связи и электромагнитном спектре посетите «Скрытый мир электромагнитного спектра».

<предыдущая | содержание | следующая>

ECE 291 Лаборатория 8: Резонансные схемы

ЗАДАЧИ

Демонстрация резонансных явлений в цепях RLC. Измерения резонанса характеристики и их сравнение с теорией.

ВВЕДЕНИЕ

Резонанс – одно из важнейших и общих явлений практически во всех отраслях науки и техники. Например, в механических системах часто наблюдается резонанс при колебаниях балки или пружины, поддерживающей груз. Колебания вызываются передачей потенциальной энергии, накопленной за счет отклонения балки или сжатия пружины, кинетической энергии движущейся массы, вперед и назад в периодическом движении. В электрических цепях энергия, накопленная в виде электрического поля в конденсаторе, передается электрическому току в цепи, в которой индуктивность играет роль, эквивалентную инерционной массе в механической системе.Уравнения, описывающие оба резонанса, идентичны, только их коэффициенты имеют значения, связанные с механическими (масса, жесткость пружины) или электрическими (емкость, индуктивность) параметрами. Еще одна важная аналогия между двумя системами заключается в том, что вибрации можно гасить; трением в механических системах и сопротивлением электрических цепей.

Резонанс может быть очень полезен в таких устройствах, как генераторы в радиопередатчиках или электронных часах. Однако чаще они могут быть вредными, вызывая нежелательные широкие отклонения механических систем (мостов, крыльев самолетов и т. Д.).) или колебания напряжения и тока. Контроль или предотвращение нежелательного резонанса – важный аспект инженерного проектирования. Поскольку каждый электрический компонент или даже соединительный провод имеет некоторую емкость и индуктивность, в каждой цепи есть потенциал для резонанса. Как вы уже знаете, чем меньше значения индуктивности и емкости, тем выше резонансная частота. Поэтому проектирование высокочастотных цепей намного сложнее, ведь даже небольшая индуктивность и емкость соединений играют роль.В этом наборе экспериментов вы исследуете резонанс в последовательном RLC-контуре, который имеет резонанс в относительно низком и легком для обработки частотном диапазоне.

Важные взаимосвязи в электрическом резонансе:

Частота резонанса:

Пропускная способность:

Фактор качества:

PRELAB

Изобразите так называемую резонансную кривую для последовательного резонансного контура на рис.7. По вертикальной оси отложите ток (или напряжение на резисторе R), а по горизонтальной оси отложите лог f . Укажите резонансную частоту f _o и ширину резонансной кривой (полосы пропускания), которая представляет собой интервал Δf = 2πΓ между две частоты, при которых мощность, рассеиваемая в цепи, составляет ½ от максимум. Рассчитайте эти числа для конкретных значений компонентов, которые вы можно использовать в лаборатории, например: R = 1k, C = 1nF, L = 50 mH.

Подсказка: Обратите внимание, что три компоненты соединены последовательно с источником напряжения, поэтому легко написать выражение для тока (с использованием комплексных чисел). Ток достигает максимума (резонанс) для определенной частоты, на которой полное сопротивление цепи равно равно R (какова фаза тока на этой частоте?). При половинной мощности частот ток падает до 1 / √2.

Если у вас есть выражение для тока, вы можете использовать его в программе для работы с электронными таблицами (например, MS Excel) или использовать какое-либо другое программное обеспечение (например, Matlab) для расчета и построения кривой резонанса (соотношение V _R / V _s как функция от log f ).Он понадобится вам также для вашего отчета.

В качестве альтернативы вы можете смоделировать работу схемы с помощью Multisim. Распечатайте кривую частотной характеристики, используя полулогарифмический график для компонентов R, L и C, указанных выше. Для лабораторного отчета измените моделирование с фактическими значениями компонентов, используемых в лаборатории.

Независимо от метода создания резонансной кривой (ваши собственные расчеты или Multisim), определите количество точек данных и их местоположение (частоту) для лучшего определения резонансной частоты и ширины полосы.

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: Протоборд, поводки, прицел зонды.

1. СЕРИЙНАЯ РЕЗОНАНСНАЯ ЦЕПЬ, ПРИВОДИМАЯ А СИНУСОИДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

a) Соберите последовательный резонансный контур, показанный ниже. Используйте катушку 50 мГн из вашего комплекта деталей для L, выберите резистор примерно 1 кОм и конденсатор от 1 до нескольких нФ. Перед сборкой измерьте значения этих компонентов. Также измерьте сопротивление катушки с помощью цифрового омметра.Рассчитайте ожидаемую резонансную частоту.

Рис.7 Последовательный резонансный контур

b) Подключите один пробник осциллографа к источнику напряжения, а другой – к R и одновременно наблюдайте за двумя сигналами на разных каналах осциллографа. Обратите внимание на амплитуды и разность фаз при изменении частоты. Если амплитуда напряжения генератора зависит от частоты, вы можете отрегулировать ее, чтобы она оставалась постоянной, в противном случае запишите ее значения для разных частот.Получите достаточное количество точек данных для построения резонансной кривой. Постарайтесь точно определить резонансную частоту на пике кривой и частоты в точках половинной мощности по обе стороны от максимума. Измерьте также фазовый сдвиг между V _s и V _R на этих трех частотах и ​​нескольких других частотах по обе стороны от максимума. Обычно легче точно определить резонансную частоту по измерению фазы, чем по амплитуде.

c) Измерьте также напряжение на конденсаторе в резонансе, используя функцию вычитания сигнала цифрового осциллографа, которая вычитает сигналы двух каналов осциллографа. Обратите внимание, что оно больше, чем напряжение генератора. Отношение этих напряжений равно значению Q схемы.

2. РЕЗОНАНСНАЯ ЦЕПЬ ВОЗБУЖДАЕТСЯ СТУПЕНЧАТЫЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Переключите генератор сигналов с синусоидальной волны на прямоугольную на резонансной частоте контура.Какова форма текущего сигнала? Вы можете объяснить это наблюдение?

Затем отрегулируйте частоту прямоугольной волны примерно до одной десятой резонансной частоты контура. Разверните изображение по горизонтали и наблюдайте за формой сигнала после шага входного сигнала. Распечатайте изображение осциллографа. Вы можете определить частоту колебаний?
Изображение показывает реакцию любой резонансной системы на внешнее возмущение, представленное здесь импульсом (прямоугольной волной).

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕПИ (дома).

Моделирование измерений 1 и 2: частотная характеристика амплитуды и фазы, а также временная зависимость тока с прямоугольным сигналом на входе. Используйте те же значения R, L и C при моделировании, что и в лаборатории. Сравните результаты моделирования с измерениями.

ОТЧЕТ

• Постройте графики резонансных кривых, показывающих амплитуду (график V _R / V _S ) и фаза ( ∠ V _R – ∠ V _S ).Представьте расчетные (смоделированные) результаты в виде непрерывных кривых, а экспериментальные данные – в виде точек на одном графике.
• Сравните измеренные значения резонансной частоты и ширины резонансных кривых при максимуме половинной мощности (ширина полосы) со значениями, рассчитанными или смоделированными для компонентов схем, фактически используемых в лаборатории.
  Как изменяется фаза на резонансной кривой?
• Сравните результаты п. 1 c) с вычисленным Q и Γ, полученным из распределения частот в 1 b).

Резонанс, резонансная частота, последовательный и параллельный резонанс

В сообщениях об индуктивности и емкости мы узнали, что оба состояния являются реактивными и могут препятствовать протеканию тока, но по противоположным причинам. Поэтому важно найти точку, в которой индуктивность и емкость компенсируют друг друга, чтобы добиться эффективной работы цепей переменного тока.

Резонансная частота

Резонанс возникает в цепи переменного тока, когда индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление равны друг другу: X _L = X _C .Когда это происходит, полное реактивное сопротивление X = X _L – X _C становится равным нулю, а полное сопротивление становится полностью резистивным. Поскольку индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление зависят от частоты, можно привести цепь в резонанс, регулируя частоту приложенного напряжения. Резонансная частота (f _Res ) – это частота, на которой возникает резонанс, или где X _L = X _C .

Уравнение ниже представляет собой математическое представление резонансной частоты.

, где
f _Res = резонансная частота (Гц)
L = индуктивность (H)
C = емкость (f)

Резонанс серии

Рисунок 9: Простая цепь R-C-L

В последовательной цепи R-C-L, как на рисунке 9, в резонансе чистое реактивное сопротивление цепи равно нулю, а полное сопротивление равно сопротивлению цепи; следовательно, выходной ток последовательного резонансного контура имеет максимальное значение для этого контура и определяется значением сопротивления.(Z = R)

Параллельный резонанс

Резонанс в параллельной цепи R-C-L возникает, когда реактивный ток в индуктивных ветвях равен реактивному току в емкостных ветвях (или когда X _L = X _C ). Поскольку индуктивный и емкостной реактивные токи равны и противоположны по фазе, они компенсируют друг друга при параллельном резонансе.

Рисунок 10: Простая параллельная цепь R-C-L

Если конденсатор и катушка индуктивности, каждая с незначительным сопротивлением, соединены параллельно, а частота настроена так, чтобы реактивные сопротивления были точно равны, ток будет течь в катушке индуктивности и конденсаторе, но общий ток будет незначительным.

Параллельная цепь C-L будет иметь почти бесконечный импеданс. Конденсатор будет попеременно заряжаться и разряжаться через катушку индуктивности. Таким образом, в параллельном R-C-L, как на Рисунке 10, чистый ток, протекающий через цепь, минимален из-за высокого сопротивления, представленного параллельными X _L и X _C .

Обзор

– нанопроволочные датчики с использованием электрического резонанса

Чувствительное и селективное обнаружение чрезвычайно небольшого количества адсорбированных молекул представляет большой интерес во многих областях, особенно в противодействии террористическим угрозам для национальной безопасности. ^1–4 Наносистемы, включая нанопровода и наномеханические резонаторы, были предложены в качестве сенсорной платформы для следующего поколения высокочувствительных химических и биологических сенсоров. ^5–11 Физические свойства наносистем чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям из-за их небольшого размера и высокого отношения поверхности к объему. Эти системы используют вызванные молекулярной адсорбцией изменения физических свойств (тепловых, электрических и / или механических) нанопроволоки для обнаружения. ^12–17 Несмотря на свою исключительную чувствительность, наносистемы не способны обеспечить какую-либо химическую селективность в сложных средах. Большинство подходов к решению проблемы селективности в датчиках на основе нанопроволоки были расширением аналогичных концепций, используемых в платформах макро- и микросенсоров. ^4,18–23 Таким образом, селективность в наносистемах все еще остается проблемой, как и в случае микросистем. Однако модуляция электрических свойств наносистем посредством поглощения инфракрасного (ИК) диапазона адсорбированными молекулами решает проблему селективности, о которой мы сообщали ранее. ²⁴ ИК-поглощение инициирует переходы между уровнями колебательной энергии адсорбированных молекул, которые, в свою очередь, возбуждают поверхностные электронные состояния в полупроводниковой нанопроволоке BiFeO ₃ (BFO), тем самым влияя на его электрический резонансный отклик. Наш подход, сочетающий фототермические эффекты адсорбированных молекул с электрическим резонансом нанопроволочного резонатора (NWR), известный как фототермическая электрическая резонансная спектроскопия (PERS), не только обеспечивает селективность за счет специфического ИК-поглощения, но также предлагает повышение спектрального разрешения и чувствительности к массе за счет к низкой тепловой массе и быстрому срабатыванию NWR.Используя PERS в настоящей работе, мы продемонстрировали обнаружение 2,4,6-тринитротолуола (TNT) с высокой селективностью и массовым разрешением фг .

Нанопроволока из оксида металла и полупроводника (BFO), подвешенная на двух платиновых электродах с различным расстоянием между электродами, составляет NWR, как сообщалось в нашей предыдущей работе. ²⁴ Для экспериментов по зондированию остатки отдельных взрывчатых молекул TNT (AccuStandard, Inc., Нью-Хейвен, Коннектикут) с концентрацией 1000 мкг мкг / мл ^-1 в MeOH: ACCN (1: 1) были нанесены на нанопроволоку методом капельного испарения.Источник ИК-излучения (квантовый каскадный лазер от Daylight Solutions UT-8), установленный в определенном диапазоне волновых чисел (1630 см ^{– 1} до 1150 см ^{– 1} ) (импульсный с частотой 200 кГц), был сфокусирован на NWR адсорбируется тротилом. Соответствующее рассеяние на анализаторе импеданса (Agilent 4294 A) в зависимости от волновых чисел ИК-диапазона измерялось с помощью программного обеспечения для автоматического сбора данных. Спектры FTIR для остатков взрывчатого вещества TNT получали с использованием стандартного ИК-микроскопа FTIR (Thermo Scientific Nicolet Contihuμm) с делителем луча из бромида калия (KBr) в режиме отражения.

На рисунке 1a показано изменение рассеиваемой энергии и емкости на частоте собственного резонанса (SRF) NWR. Отклик NWR напоминает последовательный резонансный контур ^24,25 с индуктивностью и последовательной емкостью, где резонансная частота может быть выражена как

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. (a) Рассеивание и емкость NWR при резонансе (b) Изменение рассеяния как функция температуры (длина NWR = 15 мкм).Планки погрешностей показывают стандартное отклонение измеренного рассеяния в трех повторных экспериментах.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Когда значения емкостного реактивного сопротивления ( X _C ) и индуктивного реактивного сопротивления ( X _L ) становятся равными, и цепь NWR становится в основном резистивной ( R _S ), ω является SRF. Изменение емкости C в зависимости от частоты (рис.1a) показано максимальное изменение в SRF, подразумевая, что изменение реактивного сопротивления цепи NWR является преимущественно емкостным, а накопление энергии за цикл происходит за счет его элемента, тогда как рассеивание происходит через его элемент R _S . Здесь рассеяние, которое используется в качестве сигнала для измерения, представляет динамический комплексный импедансный отклик NWR. На рисунке 1b показано наблюдаемое изменение рассеяния из-за изменения температуры NWR, измеренной на SRF.Было замечено, что небольшое изменение температуры нанопроволоки BFO приводит к большому изменению диссипации при резонансе из-за термически генерируемых носителей. Эта наблюдаемая чувствительность к тепловому отклику нанопроволоки BFO проистекает из наличия большого количества поверхностных состояний ²⁶ , которые управляют внутренними процессами высвечивания фононов и отражаются как внутренняя диссипация. ^27–29 Внутренняя диссипация обусловлена ​​фонон-фононным взаимодействием или рассеянием, когда дефекты на поверхности нанопроволоки еще больше увеличивают ее. ^27–29 Считается, что наличие высокой плотности поверхностных состояний увеличивает ангармоничность колебаний ее решетки, способствуя этим каскадным многофононным релаксациям. ^27–29 Реально существует более высокая вероятность продвижения носителей заряда к допустимым избыточным поверхностным состояниям (более высокие поверхностные заряды – разделение носителей), что часто называют захватом заряда или захватом носителей заряда, приводящим к более высокой диссипации, или аналогично, как емкостное реактивное сопротивление. изменение в электрических терминах.Однако усиленное рассеяние неизбежно повлияет на свойства электрического резонанса нанопроволоки, что составляет основу нашей концепции восприятия.

Изменение диссипации и емкости, наблюдаемое для NWR до и после адсорбции молекул 2,4,6-тринитротолуола (TNT), представлено на рис. 2. Увеличение эффективной емкости соответствует эффективному уменьшению X _C , что приводит к уменьшению накопления энергии за цикл ответа, что приводит к более высокому рассеянию на его SRF ²⁴ , что очевидно из уравнения,

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. (a) Изменения в диссипации и емкости, полученные для NWR до и после адсорбции молекул 2,4,6-тринитротолуола (TNT). Порядок смещения резонанса – от кГц от до фг масс адсорбатов.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Наблюдаемый сдвиг в SRF (рис. 2) при адсорбции TNT составляет порядка кГц , что указывает на то, что даже незначительные количества адсорбатов (порядка фг ) могут быть обнаружены с помощью нашего метода электрического резонанса.Этот наблюдаемый отклик аналогичен вариациям рассеивания, инициированным летучими химическими веществами, адсорбированными на полимерной пленке, о которых сообщают другие. ³⁰ Авторы связали наблюдаемую более высокую диссипацию (при SRF) с максимальной передачей энергии на собственной резонансной частоте молекул, связывающихся с полимером. ³⁰ В настоящей работе наблюдаемые изменения в эффективной емкости NWR на SRF могут быть объяснены в связи с наведенными свойствами с большим отношением поверхности к объему.Ранее сообщенные авторами наблюдения размерных эффектов ^26,31–33 и соответствующие исследования различных групп ^34–37 пролили свет на правдоподобные объяснения наблюдаемых эффектов наведенной емкости. Большая площадь поверхности нанопроволоки обеспечивает беспрецедентную массовую чувствительность обнаружения, а из-за сдвига резонансного отклика и изменения емкости NWR расчетная масса адсорбированных молекул TNT составляет ∼10 фг .

Изменение диссипации NWR на SRF с адсорбированными молекулами TNT, возбужденными ИК-излучением, показано на рис.3а. Более высокие отклики диссипации соответствуют волновым числам поглощения TNT при 1160 см ^-1 . Резонансное возбуждение адсорбированных молекул с помощью ИК-излучения на нанопроволоке может привести к незначительным изменениям ее температуры из-за процесса безызлучательного распада, участвующего в снятии возбуждения возбужденных молекул. Здесь мы демонстрируем высокоселективную и чрезвычайно чувствительную концепцию молекулярного распознавания, основанную на изменении электрических параметров нанопроволоки BFO при последовательном ИК-освещении.Поскольку электрические характеристики измеряются на SRF NWR, может быть достигнуто дополнительное повышение чувствительности. Этот подход к зондированию, основанный на электрическом резонансе, сочетает в себе селективность колебательной спектроскопии молекул с высокой чувствительностью к температурно-индуцированному изменению диссипации нанопроволоки в ее электрическом SRF. Изменение диссипации и резонансной частоты в зависимости от волнового числа падающего ИК-излучения показано на рис. 3б. Из рис. 3b видно, что частота электрического резонанса NWR также изменяется в результате ИК-облучения из-за оптического возбуждения (следовательно, изменения температуры) адсорбированных молекул.Однако это изменение частоты электрического резонанса не очень важно для обнаружения с высокой чувствительностью. Однако изменение диссипации при резонансе чрезвычайно чувствительно к изменениям температуры. Отсюда можно сделать вывод, что только диссипация показывает значительное изменение из-за ИК-возбуждения адсорбированных молекул на NWR.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. (a) Электрический резонанс NWR с молекулами TNT, адсорбированными на его поверхности и облучаемыми ИК-излучением с различными волновыми числами.(б) Изменение диссипации и резонансной частоты в зависимости от волновых чисел ИК-диапазона. Планки погрешностей показывают стандартное отклонение измеренного рассеяния в трех повторных экспериментах.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Зарегистрированное изменение величины диссипации, построенное как функция падающих инфракрасных волновых чисел (используемых для резонансного возбуждения TNT), представляет собой молекулярные сигнатуры (или фототермические спектры) адсорбированных молекул TNT (рис. 4).Предлагаемая характеристика рассеяния как функция длин волн ИК-излучения соответствует спектрам FTIR адсорбированных молекул TNT, представленным на рис. 4. Характеристики теплового отклика полупроводниковой нанопроволоки BFO по своей природе модулируются размерными эффектами и ее тепловой массой. ИК-поглощение целевыми молекулами возбуждает его колебательные моды, которые, в свою очередь, возбуждают неизлучающие фононные состояния нанопроволоки с низкой тепловой массой, как обсуждалось ранее. Эти вызванные фононами изменения тепла зависят от тепловой массы (являющейся массой и теплоемкостью) детектора для получения измеримого изменения температуры, масштабируемого обратно пропорционально тепловой массе детектора, что также подробно обсуждалось в нашей предыдущей работе. ²⁴ Для микромасштабных систем, таких как микрокантилеверы, общее время отклика велико, и это требует большей или множественной безызлучательной релаксации, интегрированной с течением времени, чтобы вызвать изменение электрических свойств в установившемся состоянии. С другой стороны, в наноразмерных системах, таких как нанопроволока, тепловые изменения могут быть значительными даже в очень небольшом временном масштабе из-за их низкой тепловой массы, что приводит к высокой скорости изменения температуры по отношению ко времени, являющемуся временем отклика. СЗР.Для таких более коротких времен отклика релаксационная связь фононов с поверхностными состояниями способствует генерации термически индуцированных зарядов, приводящих к изменению диссипации на SRF. Таким образом, NWR здесь не только служит электрическим резонатором, но и чрезвычайно чувствительным тепловым датчиком, облегчающим выборочное распознавание и количественную оценку адсорбированных молекул посредством изменения их рассеяния. Систематическая регистрация значений диссипации (в SRF) в зависимости от длины волны падающего ИК-излучения дает PERS адсорбированных частиц TNT, напоминающих его фототермические спектры поглощения.В отличие от традиционной ИК-спектроскопии (для которой требуется несколько мг образца), наша методика может идентифицировать чрезвычайно небольшое количество молекул (несколько мкг молекул). Кроме того, по сравнению с обычными ИК (или FTIR) спектрами, спектры PERS показывают уменьшенную ширину линии с более четкими пиками (рис. 4). Расширение ширины линии получаемых спектров поглощения в любой доступной в настоящее время методике ИК-спектроскопии принципиально ограничивается временным откликом используемых детекторов (~ мс ).Более высокий SRF NWR имеет преимущество более быстрого динамического отклика, который наряду с низкой тепловой массой нанопроволоки предлагает установить новый стандарт в аспекте уменьшенного теплового уширения в полученных спектрах PERS. Типичная низкая тепловая масса используемого NWR имеет высокий градиент температуры и времени отклика, и, поскольку рабочая частота составляет порядка десятков МГц , временная характеристика детектора составляет порядка мкм с. Фактически, тепловое уширение линии получаемых спектров с точки зрения отклика на коэффициент рассеяния уменьшается, поскольку временная характеристика NWR увеличивается в 10 ^-3 с по сравнению с другими широко используемыми ИК-детекторами.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. PERS и FTIR-спектроскопия поверхностно адсорбированных молекул TNT.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

В заключение, мы обнаружили взрывчатые пары 2,4,6-тринитротолуола на сенсорной платформе с нанопроволокой, которая сочетает в себе электрический резонанс нанопроволоки и оптический резонанс адсорбированных молекул для повышения селективности и чувствительности.Эта концепция использует сильные стороны наносистем, такие как большое отношение поверхности к объему и чрезвычайно низкая тепловая масса, а также усиленные эффекты при электрическом резонансе. Обнаружение PERS предоставляет захватывающие возможности в разработке чувствительной платформы для потенциальной реализации обнаружения одиночных молекул с превосходной селективностью.

Эта работа была поддержана программой Canada Excellence Research Chairs Program.

Резонанс в электрических цепях – Учебное пособие

На наших уроках элементарной физики мы изучали явления резонанса .Напомним здесь основы. Если тело колеблется с собственной частотой, скажем, небольшой удар по подвесному маятнику. Колебание этого маятника не будет длиться вечно. Потому что из-за сопротивления воздуха происходит постоянное демпфирование. Таким образом, со временем маятник вернется в свое стационарное положение.

Но, если привести в контакт внешнее колеблющееся тело; таким образом, чтобы частота колебаний внешнего тела соответствовала частоте собственных колебаний маятника.Мы наблюдаем внезапный всплеск амплитуды колеблющегося маятника. Таким образом, мы говорим, что теперь тело колеблется в резонансе. Посмотрите экспериментальную демонстрацию этого.

Выражаясь математическим языком, пусть частота колебаний тела будет \ omega_n, а частота движущих колебаний – \ omega_d. Затем, чтобы достичь состояния резонанса, должно быть выполнено следующее условие:

Типичный график зависимости амплитуды от частоты возбуждения приведен ниже.

Рис.1
График зависимости амплитуды от частоты вождения (нарисован от руки)

Пожалуйста, запомните этот характер графика. Как мы увидим позже, нечто подобное получается, когда мы говорим о резонансе в электрической цепи.

Что общего у резонансных цепей?

Резонансные цепи, также называемые настроенными цепями, очень важны. Они имеют фундаментальное значение для работы самых разных электрических и электронных систем. (, можете вспомнить название такой системы ?)

Основными составляющими достижения простых резонансных характеристик являются индуктор и конденсатор.Или вы можете сказать, что в цепи должны присутствовать как минимум два разных типа пассивных элементов накопления энергии. Теперь вспомните график зависимости амплитуды от частоты возбуждения, который мы видели на рис. 1 выше. Если нам нужно нарисовать аналогичный график, но в электрической области; какие параметры нам нужно поменять местами?

Да, вы правильно думаете. Мы наблюдаем резонанс в цепи с выбросом напряжения или тока относительно частоты источника (возбуждения). Позвольте мне нарисовать от руки грубую кривую резонанса для электрических цепей.

Рис. 2: Типичная кривая электрического резонанса

Две конфигурации резонансных цепей

Отличительный пик, который мы наблюдаем на графике резонанса, может быть либо напряжением, либо током. Это зависит от выбранной конфигурации. Резонансный контур может быть представлен в двух конфигурациях: (а) параллельный (б) последовательный резонансный контур .

Мы обсудим каждый тип резонансной цепи более подробно в следующих статьях. Причина, по которой я не включаю его здесь, состоит в том, что, согласно моей статистике, читатели по какой-то причине ненавидят длинные технические статьи в Интернете.Поэтому я стараюсь излагать материал небольшими простыми и понятными сообщениями. Что, кстати, мне легче подготовить.

Сейчас мы рассмотрим очень общую форму последовательного и параллельного резонансного контура. Схемы представлены ниже. Пожалуйста, внимательно наблюдайте за битом схемы. Цепь резонанса серии

Параллельная цепь резонанса

Существует разница в двух схемах, кроме очевидной, в том, что одна последовательная, а другая имеет параллельное расположение компонентов L-C, в том, что они управляются разными источниками.

Это важная вещь, о которой нужно помнить. Последовательный резонансный контур приводится в действие источником переменного напряжения, а параметром резонанса в контуре является последовательный ток. Точно так же в параллельном резонансном контуре цепь управляется источником переменного тока, и параметром резонанса будет напряжение на конденсаторе.

Резонирующие графики двух вышеуказанных цепей будут иметь одинаковую природу, за исключением того, что по оси Y будут отображаться ток и напряжение для последовательной и параллельной цепей соответственно.

Что происходит в резонансном контуре?

Катушка индуктивности и конденсатор являются пассивным накопителем энергии. Однако они накапливают энергию совсем по-другому. Конденсатор хранит энергию в виде электрического поля, созданного между его пластинами. А индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, создаваемого между его обмотками.

Имея эту базовую концепцию, давайте теперь рассмотрим векторные диаграммы и рассмотрим схему последовательного резонанса. Сохранение вектора тока в качестве эталона, по своей природе, напряжение на катушке индуктивности (скажем, V_l) приведет к току на 90 °, а напряжение на конденсаторе (скажем, V_c) будет отставать от тока на 90 °.

Цепь может быть емкостной или индуктивной в зависимости от величины V_l или V_c. То есть, если V_c больше, чем V_1, тогда схема будет емкостной, и то же самое.

Резонансная частота – это та частота, которая уравнивает величину V_l и V_c. Следовательно, ток становится синфазным с приложенным напряжением, и входное сопротивление цепи является чисто резистивным. В этом состоянии происходит просто преобразование энергии электрического поля конденсатора в магнитное поле индуктора и наоборот за цикл.

Фазорная диаграмма для последовательного резонансного контура

Я обычно представляю, как в состоянии резонанса источником может быть только сопротивление контура, а индуктор-конденсатор исчезает. Позже, когда мы обсудим глубину последовательного и параллельного резонансных цепей, мы увидим более интересные результаты, характерные для резонансного состояния.

Talking Concept – это открытый проект, управляемый сообществом. Он публикует тексты, созданные его сообществом. Присоединяйтесь к нашему сообществу, чтобы поделиться своими мыслями с другими единомышленниками и со всем миром в целом.