شناخت و كاربردها
اهداف آموزشي
اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - دانش
- «دانش امور جزوي» > «اصطلاح‌ها»
اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - توانايي‌ها و مهارت‌هاي ذهني
- «تحليل» > «تحليل روابط» > «توانايي تشخيص واقعيت‌ها از فرضيه»
نتايج مورد نظر
- آشنايي با برخي از مفاهيم فيزيك الكتريسيته
- شناخت بيش‌تر از «القاگرها» و ساختار آن
- آشنايي با مدارهاي مقاومت، القاگر
- كاربرد القاگرها
محتواي آموزشي (سرفصل‌هاي المپياد جهاني)
- الكتريسيته و مغناطيس > القاگرها
«القاگر» ابزار الكتريكي ساده‌‌اي است كه از سيم‌لوله تشكيل شده است. اين سيم چنبره‌اي (سيم‌پيچ) به‌دليل ويژگي‌هاي مغناطيسي‌اش كارهاي بسيار جالبي مي‌تواند انجام دهد.
|
|
|
شكل 1 - سيم‌لوله. |
در شكل 2 نماد يك القاگر نمايش داده شده است:
|
|
|
شكل 2 - نماد
يك القاگر. |
براي درك بهتر چگونگي كاركرد القاگر در مدار، شكل 3 مي‌تواند مفيد باشد:
 |
|
شكل 3 - مداري از يك القاگر، باتري، كليد و لامپ
كه در ان لامپ بهصورت موازي با القاگر
در مدار قرار گرفته است.
|
در شكل 3 باطري، لامپ و سيم‌لوله را ملاحظه مي‌كنيد. سيم‌لوله متشكل از يك استوانه‌ي آهني (زرد رنگ) است كه حول آن سيمي پيچيده شده و به مدار وصل است. سيم‌لوله، يك «القاگر» است. حتما مي‌دانيد القاگر يك آهنرباي مغناطيسي است.
اگر اين القاگر را از مدار خارج كنيد، نور را با شدت بيش‌تري خواهيد ديد. بدين‌ترتيب وقتي كليد بسته ميشود لامپ روشن خواهد شد.
اگر القاگر در مدار باشد، رفتار لامپ به‌گونه‌اي كاملا متفاوت است. لامپ نقش يك مقاومت را بازي مي‌كند (مقاومت گرما ايجاد كرده فيلامان لامپ از گرماي ايجاد شده، داغ و روشن ميشود).
سيم‌لوله داراي مقاومت به‌مراتب پايين‌تري نسبت به لامپ است (به‌خاطر اين‌كه تنها يك سيم است). آن‌چه انتظار داريد اين‌است كه وقتي كليد را مي‌بنديد لامپ به آرامي روشن شود. مقدار زيادي از جريان در حلقه‌اي حركت مي‌كند كه مقاومت كم‌تري دارد.
بياييد بررسي كنيم اگر كليد را ببنديم چه اتفاقي مي‌افتد؟ لامپ ناگهان نور زيادي توليد كرده و به‌تدريج ضعيف‌تر ميشود. وقتي كليد را باز مي‌كنيد، شدت نور لامپ ناگهان افزايش مي‌يابد و خيلي زود سوخته و از مدار خارج ميشود.
دليل اين رفتار جالب، القاگر است! وقتي جريان همان ابتدا در سيم جاري ميشود سيم‌لوله مي‌خواهد ميدان مغناطيسي ايجاد كند. وقتي ميدان در حال به‌وجود آمدن است سيم‌لوله مانع از عبور جريان ميشود. وقتي ميدان كامل به‌وجود آمد، جريان بهصورت عادي در سيم جريان مي‌يابد.
وقتي كليد باز ميشود، ميدان مغناطيسي در حال كاهش حول سيم‌لوله باعث گذر جريان از سيم‌لوله ميشود. اين جريان لامپ را براي يك بازه‌ي زماني تا موقعي كه كليد زده شود، روشن نگه مي‌دارد. به‌عبارت ديگر، يك القاگر مي‌تواند در ميدان مغناطيسي انرژي ذخيره كند و در مقابل هر تغييري كه در مقدار جريان عبوري از آن ممكن است روي دهد، مقاومت نشان مي‌دهد.
ظرفيت يك القاگر تحت‌تأثير چهار عامل قرار مي گيرد:
|
- تعداد حلقههاي سيم‌لوله
حلقههاي بيش‌تر القا را افزايش مي‌دهند. |
|
- ماده‌اي كه سيم‌لوله آن را احاطه مي‌كند. |
|
- مساحت سطح مقطع سيم‌لوله
هرچه مساحت سطح مقطع سيم‌لوله بيش‌تر باشد القاي بيش‌تري ايجاد خواهد شد. |
|
- طول سيم‌لوله
سيم‌لوله كوتاه بايد باريك‌تر باشد (فشردگي سيم‌ها بايد بيش‌تر شود). اين امر باعث القاي بيش‌تر ميشود. |
با قرار دادن آهن در هسته‌ي القاگر، مقاومت آن از هوا يا هر هسته‌ي غيرمغناطيسي بيش‌تر ميشود.
واحد استاندارد القا، «هنري» ناميده ميشود. مقدار «هنري» در القاگر را از رابطه‌ي ذيل به‌دست مي‌آوريم:
(رابطه‌ي 1)
مساحت و طول سيم‌لوله برحسب متر است. µ (مو) گذردهي هسته (تراوايي) است. به‌عنوان مثال: گذردهي «هوا» برابر يك است. گذردهي «استيل» برابر 2000 است.
فرض كنيم سيم‌لوله با قطر 2 متر در اختيار داريم كه شامل 5 يا 6 حلقه سيم باشد. كانال‌هايي را در جاده‌اي حفر كرده و سيم‌لوله را داخل كانال‌ها قرار مي‌دهيم. يك ابزار اندازه‌گير سلف هم به اين سيم‌لوله اضافه مي‌كنيم تا مقاومت سيم‌لوله (اندوكتانس) چقدر ميشود.
حالا ماشيني را بالاي چنبره پارك مي‌كنيد و دوباره مقاومت سلف را بررسي مي‌كنيد. اين مقاومت بسيار بزرگ‌تر از قبل ميشود چراكه ماده‌اي بزرگ از جنس استيل (ماشين) در ميدان مغناطيسي حلقه قرار گرفته است.
ماشين پارك شده در بالاي سيم‌لوله، مانند هسته‌ي القاگر عمل كرده و حضور آن باعث تغييرهايي در مقاومت (اندوكتانس) سلف (القايي) سيم‌لوله ميشود.
در بيش‌تر حسگرهاي چراغ‌هاي راهنمايي از همين تكنيك استفاده شده است. حسگر به‌طور ثابت، مقاومت القايي حلقه را در جاده مي‌آزمايد و وقتي اين مقاومت بالا مي‌رود، حسگر چراغ متوجه ميشود كه ماشيني در حال انتظار است! مدار آن دقيقا همان شكل 4 است.
 |
|
شكل 4 - در كيت چراغ‌هاي راهنمايي انواع خازن
و يك سيم‌لوله به‌كار مي‌رود كه كار اصلي را
به‌عنوان حسگر در چراغ انجام مي‌دهد. |
معمولا از چنبره‌هاي كوچك استفاده مي‌كنيم. گسترده‌ترين استفاده‌‌ي القاگرها در خازن‌هاست تا نوسانگرهاي الكترونيكي را به‌وجود آورند.