Fysik

komplekse strømme

13. september 2012 af Mathematica (Slettet) - Niveau: A-niveau

Jeg har endnu et spørgsmål til brug af komplekse tal i kredsløbsteori. Det smarte er selvfølgelig at kirchoffs lov reducerer til en simpel algebraisk ligning. 
I udledningen af Kirchoffs lov på kompleks form i mit notesæt, er jeg dog lidt uforstående overfor metoden.
Der startes med at kigge på tilfældet med en masse komponenter, hvor der i den j'te gren er en elektromotorisk kraft givet ved:
ξ(t) = ξ0cos(ωt)
Ud fra dette indføres naturligt den komplekse spænding:
U(t) = ξ0exp(-iωt)
Og herfra går de så videre til at opskrive de komplekse strømme og ladninger:
Ic(t) = I0exp(-iωt)
Og derfra følger kirchoffs anden lov på kompleks form let. MEN! Hvorfor var det tilladt at antage at den reelle strøm i kredsløbet kunne skrives som realdelen af netop ovenstående komplekse strøm? Derved antager man jo at den reelle strøm i enhver gren altid kan skrives I0cos(ωt+φ). Hvad nu hvis strømmen så anderledes ud? Den behøves vel ikke at være harmonisk oscillerende bare fordi den elektromotoriske kraft er det? 
Hvis tankegangen i mine noter ikke fremgår tydeligt nok, har jeg lagt 
 

Vedhæftet fil: komplekskredsløb.png

Brugbart svar (0)

Svar #1
13. september 2012 af Lurch (Slettet)

Det er svært at forestille sig andet, end at strømmen også er harmonisk oscillerende. Den kan være mere eller mindre forsinket pga forskellige elementer i kredløbet, men når spændingen der driver strømmen ahr en bestemt form, så må strømmen nødvendigvis også følge samme form. I hvert fald i standard komponenter.

Det følger også af diverse komponentrelationer

Se eks. på en kapacitor, hvor spændingen er V(t) = V0sin(w*t)

I(t) = C*dV(t)/dt = C*V0*w*cos(w*t) 

Her ses direkte at strømmen også er harmonisk, dog forskudt med en fase. 

Det er endnu simplere med en modstand,

V(t) = R*I(t), hvor de to størrelser i proportionale.

 

 

 


Brugbart svar (0)

Svar #2
13. september 2012 af hesch (Slettet)

#0:  Ad:  Hvorfor var det tilladt at antage at den reelle strøm i kredsløbet kunne skrives som realdelen af netop ovenstående komplekse strøm?

Hvis du med "reelle strøm" taler om den strøm, der kan måles med et amperemeter ( amplituden eller effektivværdien af strømmen), så har den værdien:  modulus(z) til strømmens komplekse værdi, z .  Ikke realdelen af z .

Hvis du belaster et stikkontakt med en kondensator på et par Farad, og udtrykker belastningsstrømmen ved dens komplekse værdi: Iz, så vil readelen af Iz ≈ 0, men propperne springer nu alligevel.

 


Svar #3
24. september 2012 af Mathematica (Slettet)

tak for svarene.

Generelt synes jeg vekselstrøm gennem komponenter er ret forvirrende. Tag f.eks. en kapacitor. Hvis vi bare har et batteri og en kapacitor i serie er fasen af strømmen forskudt 45grader. 
Men rent logisk kan jeg ikke få dette til at passe. 
Lad os sige at vi starter med en uladet kapacitor og sætter en vekselstrømsgenerator til. Så burde strømmen være maximal siden spændingen er minimal. Men hvor skulle denne strøm komme fra, der er jo ikke nogen spænding til at forårsage den? 
Og giver det overhovedet fysisk mening at betragte et kredsløb med en bare en kapacitor eller skal man altid have en modstand i kredsen med for at få det til at give fysisk mening?


Brugbart svar (0)

Svar #4
24. september 2012 af hesch (Slettet)

#3:  Du skriver "batteri" i linie 2 ?  DC-spænding ? Her er der ingen fasedrejning af strømmen, for der løber ikke nogen.

Hvis du mente en vekselspændingsgenerator (AC-forsyning), med en kondensator som eneste belastning, vil du få en fasedrejning på 90grader:

I(t) = C*dU(t)/dt = C*d(U*sin(ωt))/dt = C*U*cos(ωt)*ω.

Du kan også regne det med komplekse tal:

I(z) = U(z) / ZC = U(z) * jωC,   hvor "j" angiver en fasedrejning på 90 grader.

 


Svar #5
24. september 2012 af Mathematica (Slettet)

ja undskyld jeg var vist lidt træt. Jeg mente en AC-generator, og ja den giver en fasedrejning på 90grader ikke 45 grader - sorry!
Men kan du forklare, hvordan det sker? Hvis man nu tænder for strømmen i starten så er spændingen 0 og så siger ligningen at strømmen burde være maximal. Men hvor skulle den strøm komme fra? 


Brugbart svar (0)

Svar #6
24. september 2012 af mathon

 

                               ...efter "tænding" er der en kort indsvigningstid,
                                  hvorefter faseforskydningen er etableret


Brugbart svar (0)

Svar #7
24. september 2012 af hesch (Slettet)

#5: Hvis du sætter spænding:  U(t) = U*sin(ωt)  til t=0, vil spændingen selvfølgelig være 0, men det vil dU(t)/dt ikke. Og det er jo sidstnævnte, der driver strømmen. Så strømmen vil indenfor tidsrummet "dt" springe til maksimal værdi, eftersom dU(t)/dt har sin maksimalværdi til t=0.


Skriv et svar til: komplekse strømme

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.