Mfano wa Mifumo ya Mwanga wa Mawimbi Namba ya Kuchanganya Kwa Namba ya Ugumu

Serikali ya Kazi ya Viwango vya Aina ya Elektrostati

Kama jina linavyoonesha, viwango vya aina ya elektrostati hutumia namba za umeme za elektrostati kutoa nguvu ya kuhamisha. Aina hii za viwango mara nyingi hutumiwa kwa matumizi ya kutathmini voliji magumu lakini katika baadhi ya maoni wanaweza kutumika kwa kutathmini voliji na nguvu madogo za mwisho wa mtandao. Sasa kuna njia mbili ambazo zinaweza kufanya nguvu ya elektrostati kutekeleze kazi. Njia hizi zimbili zinazoweza kutokea ni:

Ujenzi wa Viwango vya Aina ya Elektrostati

1. Wakati eneo moja linalopewa ni chache na eneo lingine lililo huru kukubalika, vibale vinapatikana kinyume ili kupata nguvu ya kunyamazisha kati yao. Sasa kutokana na nguvu hii ya kunyamazisha, vibale vilivyovunjika vitakuwa vinayenda kuelekea vibale vilivyochache kusudi kwa mpaka vibale vilivyovunjika vyotengeneza energy ya elektrostati kwa wingi.

2. Katika mbinu nyingine inaweza kuwa na nguvu ya kunyamazisha au kunyanyaza au wote, kutokana na mzunguko fulani wa vibale.

Maelezo ya Nguvu na Mzunguko wa Viwango vya Aina ya Elektrostati

Sasa tujifunze maelezo ya nguvu kwa viwango vya elektrostati vya mstari. Tuchukulie vibale viwili kama vile vilivyoelezwa katika diagramu iliyotolewa chini.

Bale A linapatikana na umeme wenye kidogo na bale B linapatikana na umeme wenye sana. Kama ilivyoelezwa hapo juu, kutokana na hatua inayoweza (a) tuna mzunguko wa mstari kati ya vibale. Bale A limelipatikana na vibale B limelipatikana na vibale vilivyovunjika. Tuangalie kuwa kuna nguvu F fulani kati ya vibale viwili wakati wa usawa wakati nguvu ya elektrostati inapata sawa na nguvu ya spring. Katika hatua hii, energy ya elektrostati imetengenezwa kwenye vibale ni

Sasa tusisite kuongeza voltage iliyotumika kwa kiasi cha dV, kutokana na hii, bale B litakua linapanda karibu na bale A kwa umbali wa dx. Kazi imetendeka dhidi ya nguvu ya spring kutokana na utambuzi wa bale B ni F.dx. Voltage iliyotumika inajihusiana na umeme kama

Kutokana na thamani hii ya umeme energy ya ingizo inaweza kutathminika kama

Tutaweza kutathmina mabadiliko katika energy iliyotengenezwa na hiyo itakuwa

Kutokana na ukizungumzia principle ya energy conservation tunaweza kutathmini energy ya ingizo kwa system = ongezeko la energy iliyotengenezwa la system + kazi ya mekani ya system. Kutokana na hii tunaweza kutathmini,

Kutokana na equation hii nguvu inaweza kutathminika kama

Sasa tujifunze maelezo ya nguvu na mzunguko kwa viwango vya elektrostati vya mzunguko. Diagramu imeonyeshwa chini,

Ili kutathmini expression ya mzunguko wa kuhamisha kwa viwango vya elektrostati vya mzunguko, tuweke F kwenye equation (1) na udhibiti Td na dx kwenye dA. Sasa tutarudia equation hii tumegeuza ndipo tutathmini mzunguko wa kuhamisha unaonekana kama

Sasa katika hatua ya usawa tunaweza kutathmini mzunguko wa kuhamisha kwa kutumia expression Tc = K × A. Uhamisho A unaweza kutathminika kama

Kutokana na expression hii tunaweza kutathmini uhamisho wa pointer unaonekana kwa kawaida na square ya voltage inayotathmini basi scale itakuwa isiyohesabi. Sasa tuwasiliane kuhusu Quadrant electrometer. Instrument hili mara nyingi hutumiwa kwa kutathmini voltage kati ya 100V hadi 20 kilo volts. Mara nyingi mzunguko wa kuhamisha uliotengenezwa kwa Quadrant electrometer unaonekana kwa kawaida na square ya voltage iliyotumika; faida moja ya hii ni instrument hili linaweza kutumika kwa kutathmini AC na DC voltage. Faida moja ya kutumia viwango vya elektrostati kama voltmeters ni kwamba tunaweza kutengeneza range ya voltage inayotathmini. Sasa kuna njia mbili za kutengeneza range ya instrument hili. Tutadharau kila moja kwa kila moja.

(a) Kutumia upinzani wa resistance: Tumeonyesha diagramu ya circuit hii chini.

Voltage tunayotathmini imepatikana kwa resistance kamili r na capacitor wa elektrostati imepatikana kwa sehemu ya resistance kamili iliyotengeneza r. Sasa tusisite kuongeza voltage iliyotumika ni DC, basi tunapaswa kutumia assumption ya kuwa capacitor amepatikana ana leakage resistance kamili. Katika hali hii multiplying factor anaweza kutathminika kwa ratio ya electrical resistance r/R. Operation ya ac kwenye circuit hii pia inaweza kutathminika tena katika hali hii ya ac multiplying factor anaweza kutathminika kwa r/R.
(b) Kutumia technique ya capacitor multiplier: Tunaweza kutengeneza range ya voltage inayotathmini kwa kuweka series ya capacitors kama vile imeonyeshwa kwenye circuit hii.

Tuweke capacitance ya voltmeter C1 na series capacitor C2 kama vile imeonyeshwa kwenye diagramu ya circuit hii. Sasa combination ya series ya capacitor hizi inaweza kutathminika kama

Ambayo ni capacitance kamili ya circuit. Sasa impedance ya voltmeter inaweza kutathminika kama Z1 = 1/jωC1 na hivyo impedance kamili itakuwa

Sasa multiplying factor anaweza kutathminika kama ratio ya Z/Z1 ambayo inaweza kutathminika kama 1 + C2 / C1. Vivyo hivyo pia multiplying factor anaweza kutathminika. Hivyo basi tunaweza kutengeneza range ya voltage inayotathmini.

Faida za Viwango vya Aina ya Elektrostati

Sasa tufikirie baadhi ya faida za viwango vya aina ya elektrostati.

1. Faida ya kwanza na muhimu zaidi ni kwamba tunaweza kutathmini AC na DC voltage na sababu ni rahisi sana mzunguko wa kuhamisha unaonekana kwa kawaida na square ya voltage.

2. Matumizi ya nguvu ni chache sana kwenye aina hii za viwango kwa sababu umeme unayotumika kwenye viwango hivi ni chache sana.

3. Tunaweza kutathmini kiwango kima cha voltage.

Negative za Viwango vya Aina ya Elektrostati

Ingawa viwango vya elektrostati vina faida nyingi, yanaweza kuwa na negative kadhaa na hayo ni:

1. Viwango hivi ni magumu kuliko viwango vingine na pia viwango hivi vina ukubwa mkubwa.

2. Scale haijasimamiwa.

3. Nguvu zinazofanya kazi zinazopatikana ni chache sana.

Taarifa: Ikiwa kuna upanuli, tafadhali wasiliana ili kurejesha.