محاكي دوائر RC وRL
المعادلات في هذه المحاكاة
| R | المقاومة R (أوم، كأس للعدد 10) | تحدّ من التيار | |
|---|---|---|---|
| C | السعة C (µF) | كمية الشحنة التي يخزنها المكثف لكل فولت | |
| L | الحث L (mH) | مدى قوة مقاومة الملف لتغير التيار | |
| τ | الثابت الزمني | بعد τ واحدة يكتمل 63% من التغير، وبعد خمس τ أكثر من 99% |
بالقيم الحالية:
| V | جهد البطارية V (فولت) | ||
|---|---|---|---|
| V_C | الجهد عبر المكثف | يرتفع نحو V؛ وأثناء التفريغ ينخفض كـ V₀ e^(−t/τ) | |
| I | التيار في السلك | في أقصاه لحظة إغلاق المفتاح، ثم يتلاشى | |
| t | الزمن منذ قلب المفتاح |
بالقيم الحالية:
| V_L | الجهد عبر الملف | يقاوم الملف التغير: كل V في البداية، ولا شيء حين يستقر التيار |
|---|
بالقيم الحالية:
| E | الطاقة المخزنة | في المجال الكهربائي بين اللوحين، أو في المجال المغناطيسي للملف |
|---|
بالقيم الحالية:
كيف تستخدم محاكي دوائر RC وRL
- اختر مقاومة مع مكثف أو مع ملف، واضبط جهد البطارية وR وC وL. يُغلق المفتاح فورًا: النقاط الزرقاء إلكترونات تتقدم في السلك، أسرع كلما زاد التيار؛ في المكثف تتجمع الشحنات على اللوحين ويكبر المجال بينهما، وفي الملف تضيء خطوط المجال المغناطيسي. كلما كبرت النقطة كان الجهد أعلى في تلك النقطة من السلك.
- اضغط «اقلب المفتاح» لنقله إلى سلك التحويل، الذي يُخرج البطارية من الدائرة: يتفرغ المكثف عبر المقاومة، أو يحافظ الملف على التيار لحظة بينما يتلاشى مجاله. كل تغيير يبدأ منحنى أسيًا جديدًا من الحالة التي تكون فيها الدائرة.
- اقرأ ثابت الزمن والتيار والجهود، وقارن المنحنيات بالصيغ المحلولة أدناه. تتراوح ثوابت الزمن الحقيقية من ميكروثوانٍ إلى دقائق، فتُقاس الساعة بعدد ثابت من τ كل 10 ثوانٍ. حاسبة ثابت الزمن RC تحسب τ والجهد في أي لحظة، وحاسبة قانون أوم تربط V وI وR.
الأسئلة الشائعة
ما ثابت الزمن لدائرة RC؟
τ = R × C، بالثواني حين تكون R بالأوم وC بالفاراد. وهو الزمن الذي يستغرقه المكثف ليُشحن إلى 63% من جهد البطارية، أو ليتفرغ إلى 37%. بعد 5τ يكون قد قطع أكثر من 99% من الطريق، وهذا يُعد عادةً شحنًا كاملًا. 1 kΩ مع 470 µF تعطي 0.47 s.
لماذا يُشحن المكثف أسيًا؟
التيار الذي يشحنه يدفعه الفرق بين جهد البطارية وجهد المكثف نفسه. ومع امتلائه يتقلص هذا الفرق، فينخفض التيار بالتناسب مع ما تبقى. والمعدل المتناسب مع المتبقي هو بالضبط ما يعطي منحنى أسيًا: V_C = V (1 − e^(−t/τ)).
ماذا يفعل الملف في دائرة؟
يقاوم أي تغير في التيار، مولّدًا بين طرفيه جهدًا V_L = L dI/dt. عند إغلاق المفتاح يأخذ في البداية كل جهد البطارية ويترك التيار ينمو تدريجيًا، مع τ = L ÷ R؛ وعند قطع التغذية يحافظ على التيار لحظة. ولهذا قد تقفز شرارة عند فصل ملف مرحّل، ولهذا تُركّب على هذه الملفات ثنائية على التوازي.
هل تتحرك الإلكترونات بهذه السرعة فعلًا؟
لا، النقاط أسرع بكثير من الإلكترونات الحقيقية. في سلك نحاسي يحمل بضعة ملي أمبيرات، تتقدم الإلكترونات بجزء من المليمتر في الثانية. ويبدأ التيار تقريبًا في الوقت نفسه في الدائرة كلها لأن المجال الكهربائي ينتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء ويدفع كل الإلكترونات معًا، كالماء في أنبوب ممتلئ.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.