Jakso 15. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt

Samankaltaiset tiedostot
Jakso 10. Tasavirrat. Tasaantumisilmiöt. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt. (Kuuluu kurssiin Sähkömagnetismi, LuTK)

FY 7, Sähkömagnetismi

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

FYSP1082/3 Vaihtovirtakomponentit

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

S , FYSIIKKA III (ES), Syksy 2002, LH 4, Loppuviikko 39. Partitiofunktiota käyttäen keskiarvo voidaan kirjoittaa muotoon

763101P FYSIIKAN MATEMATIIKKAA Kertaustehtäviä 1. välikokeeseen, sl 2008

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin.

RCL-vihtovirtapiiri: resonanssi

Ax 0 mm Bx mm Cx 1800 Ay 0 mm By mm Cy 0

Differentiaaliyhtälöt, Syksy 2015 Harjoitus 2, Ratkaisut Ratkaise separoituvat differentiaaliyhtälöt. a) y = y

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

Monisilmukkainen vaihtovirtapiiri

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

exp(x) = e x x n n=0 v(x, y) = e x sin y

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Menetelmiä signaali/kohina-suhteen parantamiseksi

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

Rahoitusriskit ja johdannaiset Matti Estola Luento 5. Termiinihinnan määräytyminen

Pynnönen Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Teknillinen korkeakoulu Mat Epälineaarisen elementtimenetelmän perusteet (Mikkola/Ärölä) 11. harjoituksen ratkaisut

S Piirianalyysi 1 2. välikoe

SATE.10xx Staattisen kenttäteorian laajentaminen Sähkömagneettiseksi kenttäteoriaksi syksy 2012

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2010 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

1. Laske sivun 104 esimerkin tapaan sellainen likiarvo luvulle e, että virheen itseisarvo on pienempi kuin 10 5.

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

a P en.pdf KOKEET;

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

SATE2140 Dynaaminen kenttäteoria syksy /6 Laskuharjoitus 5 / Sähkömagneettisten aaltojen eteneminen väliaineessa ja väliaineesta toiseen

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /6 Laskuharjoitus 6 / Siirtojohdot ja transientit häviöttömissä siirtojohdoissa

LIITE 8A: RAKENNELUVUN 137 YHTÄLÖITÄ

MUUNTAJAT. KAAVAT ideaalimuuntajalle 2 I2 Z. H. Honkanen

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

Sinin muotoinen signaali

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä

14.1 Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait R 1. I 1 I 3 liitos + - R 2. silmukka. Kuva 14.1: Liitoksen, haaran ja silmukan määrittely virtapiirissä.

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I. Verkkojen taajuusriippuvuus: suo(dat)timet

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

1. Osoita, että annetut funktiot ovat seuraavien differentiaaliyhtälöiden ratkaisufunktioita:

Esimerkki 1 Ratkaise differentiaaliyhtälö

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Van der Polin yhtälö

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA


S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

( ) ( ) ( ) ( ) SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 1(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

e n 4πε S Fysiikka III (Est) 2 VK

Sauvaelementti hum

d) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?

HAKKURIMUUNTAJAT. KAAVAT ideaalimuuntajalle 2 N N 2 I2 Z. H. Honkanen

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

DEE Sähkötekniikan perusteet

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 7. Tehtävä 1

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Sinimuotoinen vaihtosähkö ja siihen liittyviä käsitteitä ja suureita. Sinimuotoisten suureiden esittäminen osoittimilla

Tietoliikennesignaalit & spektri

DEE Sähkötekniikan perusteet

20 kv Keskijänniteavojohdon kapasiteetti määräytyy pitkien etäisyyksien takia tavallisimmin jännitteenaleneman mukaan:

Transkriptio:

Jakso 15. Vaihtovirrat. Sarja- ja linaaripiirit. Maxwllin yhtälöt Tässä jaksossa käsitllään vaihtovirtapiirjä. Mukana on skä sarjapiirjä ttä linaaripiirjä. Sarjapiirilaskut ovat hkä hlpompia, sillä virta on joka komponntissa aina sama, vaikka vaihtlkin ajan funktiona. Linaaripiirjä käsitltässä käyttään Kirchhoffin sääntöjä ja potntiaalia ri kohdissa. Lopussa on lasku Maxwllin yhtälöistä. Komplksilukulaskut täytyy hallita tässä jaksossa. Niitä krrataan nsimmäisssä thtävässä. Toriaa tähän jaksoon on Tuomo Nygrénin luntomonistssa luvuissa 12, 13, 14 ja 15. Matriaali on ladattavissa sivulta https://wiki.oulu.fi/display/766319a/etusivu. Lisämatriaalia on jonkin vrran linkissä http://cc.oulu.fi/hpulkkin/sm/lisamatriaalia/02_ylista_sahkomagntismista.pdf Näytä tai jätä tarkistttavaksi tämän jakson thtävät viimistään tiistaina 18.6. ylimääräisssä tapaamisssa. T 15.1 (pakollinn): A) Muuta suraavat komplksiluvut muotoon α + βi: a) iπ/2, b) iπ, c) iπ/4, d) 0. B) Muuta suraavat komplksiluvut muotoon iθ : a) 2 + 2i, b) 2 2i, c) i, d) i, ) 1 ) Muuta suraavat lauskkt muotoon X : a) Zi, b) c) d). D) Mikä vaih-ro on suraavin jännittidn ja virtojn välillä? Kumpi on dllä? Piirrä kuva! a) ja b) ja

Jännit [V] Jännit [V] Virta [10 ma] Jännit [V] T 15.2 (pakollinn): Käytössäsi on (kuvittllinn) vastus, kla ja kondnsaattori skä vaihtojännitlähd, josta saadaan sinimuotoista jännitttä. Kytk nämä nljä komponnttia sarjaan alla olvan kuvan mukaissti. Vastus Kondnsaattori Kla Vaihtojännitlähd a) Tutki (kuvittllislla) oskilloskoopilla yllä kuvatun piirin virtaa ja jännitttä vastuksn, kondnsaattorin ja klan yli. Saat nljä rilaista kuvaajaa, jotka on sittty alla. Kuvaaja A vastaa piirin virtaa ajan funktiona. Minkä komponnttin jännitttä kuvaavat B, ja D? (Opastus: Kiinnitä huomio vaihsn.) Miksi joissakin komponntissa on jännittllä ri vaih kuin piirin virralla? A 6 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 -6 B D

T 15.3: Vastus, kla ja kondnsaattori kytktään sarjaan vaihtojännitlähtn kanssa, kutn dllisn thtävän kuvassa. Vaihtojännitlähtn jännit ajan funktiona noudattaa yhtälöä V V 0 i Vastuksn rsistanssi on = 24 Ω, klan induktanssi L = 18 mh, = 70 µf, jännittn taajuus f = 50 Hz ja jännittn amplitudi V 0 = 10 V. Määritä a) jännittn kulmataajuus ω, b) klan komplksinn impdanssi skä impdanssin normi ja vaihkulma, c) kondnsaattorin komplksinn impdanssi skä impdanssin normi ja vaihkulma, d) piirin komplksinn impdanssi skä impdanssin normi ja vaihkulma, ) piirin komplksinn virta, maksimivirta, vaihkulma ja thollinn virta, f) virran ja jännittn välinn vaih-ro piirissä, g) piirin thollinn jännit, h) piirin kuluttama tho. T 15.4: Kla, kondnsaattori ja kaksi idnttistä vastusta on kytktty vaihtojännitlähtsn alla olvan kuvan mukaissti. Vastuksin rsistanssi on = 200 Ω, klan induktanssi L = 5,00 H, kondnsaattorin kapasitanssi = 50 µf, jännittn kulmataajuus ω = 50 Hz ja jännittn amplitudi V 0 = 50 V. Määritä a) jännittn taajuus, b) piirin ylmmän haaran komplksinn impdanssi skä impdanssin normi ja vaihkulma, c) piirin almman haaran komplksinn impdanssi skä impdanssin normi ja vaihkulma, d) koko piirin komplksinn impdanssi skä impdanssin normi ja vaihkulma, ) ylmmän haaran komplksinn virta YLÄ, f) almman haaran komplksinn virta ALA, g) koko piirin virta KOK. YLÄ KOK ALA L

T 15.5: Alla olvassa kuvassa on Maxwllin induktanssi-kapasitanssisilta. Sillä voidaan määrittää klan induktanssi L ja sisäinn vastus asttamalla säädttävän vastuksn ja kondnsaattorin arvot sllaisiksi, ttä laittn O läpi i kulj virtaa. Määritä L:n ja :n lausk. Opastus:Tasapainohdot ovat samat kuin Ownin sillalla (lunnot kappal 14.4). L 1 O 2 3 V T 15.6 (pakollinn): Tyhjiössä on sähköknttä, joka muuttuu ajan funktiona suraavan yhtälön E uˆ ze0 xp i ky. Määritä magnttiknttä jonkin Maxwllin yhtälön avulla ja mukaissti: osoita, ttä nämä kntät noudattavat muitakin Maxwllin yhtälöitä tyhjiössä: E 0, B 0, B E E ja B 0 0

Vastauksia: T 15.1:A: a) i, b) 1, c), d) 1 B) a), b), c) iπ/2, d) -iπ/2 ) 0 ) a) Z, b) Z c) d), ( ) T 15.3: a) 314 rad/s, b) Z L = (5,65 Ω)i, Z L =5,65 Ω, θ L = π/2, c) Z = (45,5 Ω)i, Z =45,5 Ω, θ = - π/2, d) Z = (24 39,8i) Ω, Z =46,5 Ω, θ = - 1,03 rad (= - 58,9 o ) (0,215A) 1,03) ) f) θ = 1,03 rad = -58,9 o, g) V = 7,07 V, h) P = 0,555 W, MAX = 0,215 A, = 0,152 A T 15.4: a) f = 7,96 Hz b) Z YLÄ = (200 400i)Ω, Z YLÄ = 447 Ω, θ YLÄ = -1,11 rad = -63,4 o, c) Z ALA = (200 + 250i)Ω, Z ALA = 320 Ω, θ ALA = 0,896 rad = 51,3 o, 0,148) d) Z (335 ) Z KOK = 335 Ω, θ KOK = - 0,148 rad (= - 8,46 o ) ) f) g) KOK YLÄ ALA KOK (0,112A) (0,156A) (0,149A) 1,11) 0,896) 0,148) T 15.5: L = 1 2, = 1 2 / 3