- یک کمیت فیزیکی که مشخصه اصلی فرآیندهای دوره ای یا فرآیندهایی است که طبق الگوهای خاصی رخ می دهند. تعداد نوسانات کامل (چرخه) در واحد زمان را نشان می دهد.

نوسانات- فرآیندهای فیزیکی که دقیقاً یا تقریباً در فواصل زمانی منظم تکرار می شوند. نوسانات، بسته به ماهیت فیزیکی خود، دو نوع اصلی هستند: مکانیکی، الکترومغناطیسی. گاهی یک نوع مختلط نیز متمایز می شود که ترکیبی از انواع اصلی است.

انواع ارتعاشات

ارتعاشات مکانیکی- این گونه حرکات اجسام که در فواصل زمانی مساوی مختصات یک جسم متحرک، سرعت و شتاب آن مقادیر اولیه خود را می گیرند.

الکترومغناطیسی- نوسانات به هم پیوسته میدان های مغناطیسی و الکتریکی. در انواع مختلف مدارهای الکتریکی رخ می دهد. آنها با تغییر دوره ای در زمان یکی از کمیت های الکترودینامیکی آشکار می شوند: بار الکتریکی، جریان، ولتاژ، قدرت میدان الکتریکی، القای میدان مغناطیسی. آنها با همان قوانین ارتعاشات مکانیکی توصیف می شوند. این نوع نوسان را می توان به صورت تجربی با استفاده از ساده ترین مدار نوسانی که شامل یک سلف و یک خازن است به دست آورد.

با توجه به ماهیت تعامل با محیط، ارتعاشات به دو دسته تقسیم می شوند

در دسترس- ارتعاشاتی که در یک سیستم مکانیکی تحت تأثیر نیروهای داخلی سیستم پس از قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض یک نیروی خارجی رخ می دهد. چنین نوساناتی را میرا می گویند.

مجبور شد- ارتعاشاتی که تحت تأثیر نیروهای خارجی رخ می دهد که در طول زمان در اندازه و جهت تغییر می کنند. به این گونه نوسانات غیر میرا می گویند.

خود نوسانات- سیستم در ابتدا دارای ذخیره ای از انرژی پتانسیل است که برای نوسان استفاده می شود. علاوه بر این، دامنه (میزان حداکثر انحراف از نقطه تعادل) به شرایط اولیه بستگی ندارد، بلکه توسط خواص سیستم تعیین می شود. مثال: حرکت نوسانی آونگ ساعت تحت تأثیر گرانش وزنه یا فنر، ارتعاشات برگها، شاخه های درخت تحت تأثیر جریان ثابت هوا. نیز تعیین می شوند.

مقادیر مشخص کننده نوسانات

مفهوم "نوسانات" ارتباط نزدیکی با امواج دارد. اما در حرکت نوسانی، بر خلاف حرکت موجی، فرآیند انتقال انرژی از یک نقطه در فضا به نقطه دیگر وجود ندارد.

ویژگی های اصلی حرکت نوسانی مانند حرکت موج عبارتند از دوره (T)، دامنه (A) و فرکانس ( vگاهی f). علاوه بر این، دوره و فرکانس مقادیر متقابلی هستند - هرچه فرکانس بیشتر باشد، دوره کوتاهتر است: T=1/v. دوره دوره زمانی است که در طی آن یک نوسان کامل (چرخه) رخ می دهد که در ثانیه اندازه گیری می شود. بر این اساس، فرکانس در ( 1 ثانیه).

همچنین واحد فرکانس در سیستم متریک بین المللی C از سال 1933، هرتز است. واحد اندازه گیری به افتخار پروفسور فیزیک آلمانی هاینریش رودولف هرتز (1858-1894) نامگذاری شده است که به طور تجربی وجود امواج الکترومغناطیسی را با مطالعه پراش، تداخل، قطبش و بازتاب تایید کرد. او ثابت کرد که نور نوعی امواج الکترومغناطیسی است که نظریه الکترومغناطیسی موجود ماکسول در مورد نور را ثابت کرد. هرتز همچنین میدان های الکتریکی ناشی از اجسام متحرک را مطالعه کرد. بر اساس مشاهدات، او یک نظریه ایجاد کرد، اما تایید تجربی دریافت نکرد. مطالعات هرتز در مورد اثر فوتوالکتریک خارجی، مبنایی برای تحقیقات علمی بیشتر شد. همچنین فرکانس و فاز چرخه ای برای توصیف فرآیندهای نوسانی و موجی استفاده می شود. فرکانس چرخه ای تعداد نوسانات کامل در واحد زمان را نشان می دهد، برابر 2P (که در آن P = 3.14)، و فاز مقدار جابجایی در هر لحظه از زمان است.

همچنین باید توجه داشت که اگر بتوان ارتعاشات را بر اساس قانون سینوس یا کسینوس توصیف کرد، در این صورت آنها هارمونیک هستند. بر این اساس، معادله یک توصیف ریاضی لزوماً حاوی تابع sin یا cos است.

>>فیزیک: دوره و تناوب انقلاب

حرکت دایره ای یکنواخت با دوره و فرکانس انقلاب مشخص می شود.

دوره گردش- این مدت زمان لازم برای تکمیل یک انقلاب است.

به عنوان مثال، اگر در طول زمان t = 4 s، جسمی که در یک دایره حرکت می کند، n = 2 چرخش داشته باشد، به راحتی می توان فهمید که یک دور 2 ثانیه به طول انجامیده است. این دوره گردش است. با حرف T مشخص می شود و با فرمول تعیین می شود:

بنابراین، برای پیدا کردن دوره انقلاب، باید زمانی را که در طی آن n انقلاب انجام شده است، بر تعداد چرخش ها تقسیم کنید..

یکی دیگر از ویژگی های حرکت دایره ای یکنواخت فرکانس چرخش است.

فرکانس- این تعداد دورهای انجام شده در 1 ثانیه است. برای مثال، اگر بدن در یک زمان t = 2 s، n = 10 دور انجام دهد، به راحتی می توان فهمید که در 1 ثانیه موفق به انجام 5 دور چرخش شده است. این عدد تعداد دفعات گردش را بیان می کند. با حرف یونانی نشان داده می شود V(بخوانید: برهنه) و با فرمول تعیین می شود:

بنابراین، برای یافتن فرکانس چرخش، باید تعداد دورها را بر زمان وقوع آنها تقسیم کنید.

واحد SI فرکانس چرخش فرکانس چرخشی است که در آن یک جسم در هر ثانیه یک دور انجام می دهد. این واحد به صورت زیر تعیین می شود: 1/s یا s -1 (بخوانید: دوم منهای توان اول). این واحد در گذشته "انقلاب در ثانیه" نامیده می شد، اما اکنون این نام منسوخ شده است.

با مقایسه فرمول های (6.1) و (6.2)، می توان متوجه شد که دوره و فرکانس کمیت های معکوس متقابل هستند. از همین رو

فرمول های (6.1) و (6.3) به ما اجازه می دهند دوره چرخش T را پیدا کنیم اگر عدد n و زمان چرخش t یا فرکانس چرخش مشخص باشد. V. با این حال، می توان آن را در مواردی نیز یافت که هیچ یک از این مقادیر مشخص نباشد. در عوض، دانستن سرعت بدن کافی است Vو شعاع دایره ای که در امتداد آن حرکت می کند.

برای بدست آوردن فرمول جدید، به یاد داشته باشیم که دوره انقلاب زمانی است که بدن در طی آن یک چرخش می کند، یعنی مسیری برابر با طول دایره را طی می کند. ل env = 2 پ r، کجا پ≈3.14 عدد پی است که از درس ریاضیات شناخته می شود). اما می دانیم که با حرکت یکنواخت، زمان با تقسیم مسافت طی شده بر سرعت حرکت پیدا می شود. بدین ترتیب،

بنابراین، برای یافتن دوره چرخش یک جسم، باید طول دایره ای که در امتداد آن حرکت می کند را بر سرعت حرکت آن تقسیم کنید.

؟؟؟ 1. دوره گردش چیست؟ 2. با دانستن زمان و تعداد انقلاب چگونه می توانید دوره انقلاب را پیدا کنید؟ 3. فرکانس گردش چقدر است؟ 4. واحد فرکانس چگونه تعیین می شود؟ 5. چگونه می توانید فرکانس گردش را با دانستن زمان و تعداد دورها پیدا کنید؟ 6. دوره و دفعات گردش به چه صورت است؟ 7. با دانستن شعاع دایره و سرعت بدن چگونه می توان دوره انقلاب را پیدا کرد؟

ارسال شده توسط خوانندگان از سایت های اینترنتی

مجموعه ای از یادداشت های درس فیزیک، چکیده هایی در مورد یک موضوع از برنامه درسی مدرسه. برنامه ریزی موضوعی تقویم. فیزیک پایه هشتم آنلاین کتاب و کتاب درسی فیزیک. دانش آموز برای درس آماده می شود.

مفهوم فرکانس و دوره یک سیگنال تناوبی. واحدها (10+)

فرکانس و دوره سیگنال. مفهوم. واحدها

مطالب توضیحی و اضافه شده به مقاله است:
واحدهای اندازه گیری کمیت های فیزیکی در الکترونیک رادیویی
واحدهای اندازه گیری و روابط مقادیر فیزیکی مورد استفاده در مهندسی رادیو.

فرآیندهای دوره ای اغلب در طبیعت رخ می دهد. این بدان معنی است که برخی از پارامترهای مشخص کننده فرآیند طبق یک قانون دوره ای تغییر می کند، یعنی برابری درست است:

تعیین فرکانس و دوره

F(t) = F(t + T) (رابطه 1)، که در آن t زمان است، F(t) مقدار پارامتر در زمان t است و T یک ثابت معین است.

واضح است که اگر برابری قبلی درست باشد، موارد زیر صادق است:

F(t) = F(t + 2T) بنابراین، اگر T حداقل مقدار ثابتی باشد که رابطه 1 در آن برقرار است، آنگاه T را فراخوانی می کنیم. دوره زمانی

در رادیو الکترونیک، جریان و ولتاژ را مطالعه می کنیم، بنابراین سیگنال های دوره ای را سیگنال هایی در نظر می گیریم که نسبت ولتاژ یا جریان برای آنها درست است: 1.

متأسفانه، به صورت دوره‌ای در مقالات اشتباهاتی مشاهده می‌شود، تصحیح می‌شوند، مقالات تکمیل می‌شوند، توسعه می‌یابند و موارد جدید تهیه می‌شود. برای اطلاع از اخبار مشترک شوید.

اگر چیزی نامشخص است، حتما بپرسید!
یک سوال بپرسید بحث در مورد مقاله.

مقالات بیشتر

نحوه انتخاب فرکانس کاری کنترلر و چرخه کار برای مبدل فشار کش ...

محدوده تنظیم را کش می دهیم. راه هایی برای تنظیم دقیق ....
تکنیک های کشش محدوده تنظیم، اطمینان از تنظیم دقیق ...

ترانزیستور اثر میدانی، تراشه CMOS، تقویت کننده عملیاتی. نصب و راه اندازی...
نحوه لحیم کردن صحیح ترانزیستور اثر میدانی یا تراشه CMOS...

تنظیم خودکار، حفظ دمای مایع خنک کننده از ...
ترموستات دیگ بخار بهبود یافته که در مصرف انرژی صرفه جویی می کند.

سنسور، نشانگر احتراق، شعله، آتش، مشعل. جرقه، فیوز، جرقه...
نشانگر حضور شعله همراه با یک جرقه زن روی یک الکترود ...

مبدل ولتاژ پالس فلایبک. کلید پاور - ب...
نحوه طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ فلایبک نحوه انتخاب قدرت ...

ریز مدار 1156EU3، K1156EU3، KR1156EU3، UC1823، UC2823، UC3823. آنالو...
توضیحات تراشه 1156EU3 (UC1823, UC2823, UC3823) ...

بنابراین، قبل از تعیین فرکانس اندازه گیری شده، مهم است که بفهمیم آن چیست؟ ما وارد اصطلاحات پیچیده فیزیکی نخواهیم شد، اما همچنان به مفاهیمی از این رشته نیاز خواهیم داشت. اولاً، مفهوم "فرکانس" فقط می تواند به هر فرآیند دوره ای اشاره کند. یعنی عملی است که مدام در طول زمان تکرار می شود. چرخش زمین به دور خورشید، انقباض قلب، تغییر روز و شب - همه اینها با فرکانس خاصی اتفاق می افتد. ثانیاً، پدیده ها یا اجسامی که ممکن است برای ما انسان ها کاملاً ثابت و بی حرکت به نظر برسند، فرکانس یا تناوب نوسانات خاص خود را دارند. یک مثال خوب از این، نور روز معمولی است. ما متوجه هیچ تغییر یا سوسوزنی نمی شویم، اما با این وجود فرکانس ارتعاش خاص خود را دارد، زیرا نشان دهنده امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا است.

واحدها

فرکانس چگونه اندازه گیری می شود، در چه واحدهایی؟ برای فرآیندهای فرکانس پایین واحدهای جداگانه وجود دارد. به عنوان مثال، در مقیاس کیهانی - یک سال کهکشانی (انقلاب خورشید به دور مرکز کهکشان)، یک سال زمینی، یک روز و غیره. واضح است که برای اندازه گیری مقادیر کوچکتر، استفاده از چنین واحدهایی ناخوشایند است، بنابراین در فیزیک از مقدار جهانی تر "دوم منهای توان اول" (s -1) استفاده می شود. ممکن است هرگز در مورد چنین معیاری نشنیده باشید، و این تعجب آور نیست - معمولاً فقط در ادبیات علمی یا فنی استفاده می شود.

خوشبختانه برای ما، در سال 1960، اندازه گیری فرکانس نوسان به نام فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز نامگذاری شد. این مقدار (هرتز، به اختصار هرتز) همان چیزی است که امروزه استفاده می کنیم. نشان دهنده تعداد ارتعاشات (تکانه ها، اعمال) انجام شده توسط یک جسم در 1 ثانیه است. در اصل، 1 هرتز = 1 ثانیه -1. به عنوان مثال، قلب انسان دارای فرکانس نوسان تقریباً 1 هرتز است، یعنی. در هر ثانیه یک بار منعقد می شود. فرکانس پردازنده رایانه شما مثلاً 1 گیگاهرتز (1 میلیارد هرتز) است - این بدان معنی است که 1 میلیارد از برخی اقدامات در هر ثانیه انجام می شود.

چگونه فرکانس را اندازه گیری کنیم؟

اگر در مورد اندازه گیری فرکانس ارتعاشات الکتریکی صحبت کنیم، اولین وسیله ای که هر یک از ما با آن آشنا هستیم چشمان خودمان است. با تشکر از این واقعیت که چشمان ما می توانند فرکانس را اندازه گیری کنند، رنگ ها را تشخیص می دهیم (به یاد داشته باشید که نور امواج الکترومغناطیسی است) - ما پایین ترین فرکانس ها را قرمز می بینیم، بالاترین فرکانس ها به بنفش نزدیک تر هستند. برای اندازه گیری فرکانس های پایین تر (یا بالاتر)، مردم ابزارهای زیادی اختراع کرده اند.

به طور کلی دو روش اصلی برای اندازه گیری فرکانس وجود دارد: شمارش مستقیم پالس ها در ثانیه و روش مقایسه ای. روش اول در فرکانس شمار (دیجیتال و آنالوگ) اجرا می شود. مورد دوم در مقایسه کننده های فرکانس است. روش اندازه گیری با فرکانس متر ساده تر است، در حالی که اندازه گیری با مقایسه دقیق تر است. یکی از انواع روش مقایسه ای اندازه گیری فرکانس با استفاده از اسیلوسکوپ (که از دوران مدرسه برای ما از کلاس های درس فیزیک آشنا بود) و به اصطلاح است. "شکل های لیساژوس". اشکال روش مقایسه ای این است که برای اندازه گیری به دو منبع ارتعاش نیاز دارید و یکی از آنها باید فرکانسی از قبل برای ما شناخته شده باشد. امیدواریم تحقیقات کوچک ما برای شما جالب بوده باشد!

زمانی که طی آن یک تغییر کامل در emf رخ می دهد، یعنی یک چرخه نوسان یا یک دور کامل بردار شعاع، نامیده می شود. دوره نوسان جریان متناوب(تصویر 1).

تصویر 1. دوره و دامنه یک نوسان سینوسی. دوره زمان یک نوسان است. دامنه بزرگترین ارزش آنی آن است.

نقطه در ثانیه بیان می شود و با حرف نشان داده می شود تی.

واحدهای کوچکتر اندازه گیری دوره نیز استفاده می شود: میلی ثانیه (ms) - یک هزارم ثانیه و میکروثانیه (μs) - یک میلیونیم ثانیه.

1 ms = 0.001 ثانیه = 10 -3 ثانیه.

1 μs = 0.001 ms = 0.000001 ثانیه = 10 -6 ثانیه.

1000 میکرو ثانیه = 1 میلی ثانیه

تعداد تغییرات کامل در emf یا تعداد دورهای بردار شعاع، به عبارت دیگر، تعداد چرخه های کامل نوسانات انجام شده توسط جریان متناوب در عرض یک ثانیه، نامیده می شود. فرکانس نوسان AC.

فرکانس با حرف نشان داده می شود f و بر حسب سیکل در ثانیه یا هرتز بیان می شود.

هزار هرتز را کیلوهرتز (کیلوهرتز) و یک میلیون هرتز را مگاهرتز (MHz) می‌گویند. همچنین یک واحد گیگاهرتز (گیگاهرتز) برابر با هزار مگاهرتز وجود دارد.

1000 هرتز = 10 3 هرتز = 1 کیلوهرتز.

1000 000 هرتز = 10 6 هرتز = 1000 کیلوهرتز = 1 مگاهرتز.

1000 000 000 هرتز = 10 9 هرتز = 1000 000 کیلوهرتز = 1000 مگاهرتز = 1 گیگاهرتز.

هر چه EMF سریعتر تغییر کند یعنی بردار شعاع سریعتر بچرخد دوره نوسان کوتاهتر است و هر چه بردار شعاع سریعتر بچرخد فرکانس بیشتر می شود. بنابراین، فرکانس و دوره جریان متناوب مقادیری هستند که نسبت عکس با یکدیگر دارند. هر چه یکی از آنها بزرگتر باشد، دیگری کوچکتر است.

رابطه ریاضی بین دوره و فرکانس جریان متناوب و ولتاژ با فرمول ها بیان می شود

به عنوان مثال، اگر فرکانس فعلی 50 هرتز باشد، دوره برابر با:

T = 1/f = 1/50 = 0.02 ثانیه.

و بالعکس، اگر معلوم شود که دوره جریان 0.02 ثانیه است، (T = 0.02 ثانیه)، آنگاه فرکانس برابر خواهد بود:

f = 1/T=1/0.02 = 100/2 = 50 هرتز

فرکانس جریان متناوب مورد استفاده برای روشنایی و مصارف صنعتی دقیقاً 50 هرتز است.

فرکانس های بین 20 تا 20000 هرتز را فرکانس های صوتی می نامند. جریان در آنتن ایستگاه های رادیویی با فرکانس هایی تا 1500000000 هرتز یا به عبارت دیگر تا 1500 مگاهرتز یا 1.5 گیگاهرتز در نوسان است. این فرکانس های بالا را فرکانس های رادیویی یا ارتعاشات فرکانس بالا می نامند.

در نهایت، جریان در آنتن ایستگاه‌های رادار، ایستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ای و سایر سیستم‌های خاص (مثلاً GLANASS، GPS) با فرکانس‌هایی تا 40000 مگاهرتز (40 گیگاهرتز) و بالاتر در نوسان است.

دامنه جریان AC

بیشترین مقداری که emf یا جریان در یک دوره به آن می رسد نامیده می شود دامنه emf یا جریان متناوب. به راحتی می توان متوجه شد که دامنه روی مقیاس برابر با طول بردار شعاع است. دامنه جریان، EMF و ولتاژ به ترتیب با حروف مشخص می شوند من، ام و ام (تصویر 1).

فرکانس زاویه ای (چرخه ای) جریان متناوب.

سرعت چرخش بردار شعاع، یعنی تغییر زاویه چرخش در یک ثانیه، فرکانس زاویه ای (چرخه ای) جریان متناوب نامیده می شود و با حرف یونانی نشان داده می شود. ? (امگا). زاویه چرخش بردار شعاع در هر لحظه نسبت به موقعیت اولیه آن معمولاً نه بر حسب درجه، بلکه در واحدهای ویژه - رادیان اندازه گیری می شود.

رادیان مقدار زاویه ای یک کمان دایره ای است که طول آن برابر با شعاع این دایره است (شکل 2). کل دایره ای که 360 درجه را تشکیل می دهد برابر با 6.28 رادیان است، یعنی 2.

شکل 2.

1 راد = 360 درجه / 2

در نتیجه انتهای بردار شعاع در طول یک دوره مسیری برابر با 28/6 رادیان را پوشش می دهد (2). از آنجایی که در عرض یک ثانیه بردار شعاع تعدادی دور برابر فرکانس جریان متناوب می کند f، سپس در یک ثانیه انتهای آن مسیری برابر با 6.28*fرادیان این عبارت که سرعت چرخش بردار شعاع را مشخص می کند، فرکانس زاویه ای جریان متناوب - ? .

? = 6.28 * f = 2f

زاویه چرخش بردار شعاع در هر لحظه نسبت به موقعیت اولیه آن نامیده می شود فاز AC. فاز، اندازه EMF (یا جریان) را در یک لحظه مشخص یا، همانطور که می گویند، مقدار لحظه ای EMF، جهت آن در مدار و جهت تغییر آن را مشخص می کند. فاز نشان می دهد که emf در حال کاهش یا افزایش است.

شکل 3.

چرخش کامل بردار شعاع 360 درجه است. با شروع یک چرخش جدید بردار شعاع، EMF به همان ترتیبی که در دوران انقلاب اول تغییر می کند، تغییر می کند. در نتیجه، تمام مراحل EMF به همان ترتیب تکرار می شود. به عنوان مثال، فاز EMF هنگامی که بردار شعاع با زاویه 370 درجه می چرخد ​​مانند زمانی است که 10 درجه می چرخد. در هر دوی این موارد، بردار شعاع موقعیت یکسانی را اشغال می کند و بنابراین، مقادیر لحظه ای emf در هر دو حالت در فاز یکسان خواهد بود.