Βασικά, αυτό που -λανθασμένα ίσως- με ανησυχεί, αν επιλέξω τους ημμυ, είναι το ότι θα έχει πολλή θεωρία για τον ηλεκτρομαγνητισμό και γενικά για την ηλεκτρική ενέργεια… Αυτό το κεφάλαιο, για παράδειγμα, ήταν ένα από τα λιγότερο αγαπημένα μου (αν όχι το λιγότερο αγαπημένο) στη φυσική, ενώ μ’αρέσουν περισσότερο οι ταλαντώσεις και το στερεό. Λογικά, όμως, η φυσική του λυκείου διαφέρει αρκετά από του πανεπιστημίου…
Μπορεί να γίνει και το αγαπημένο σου,ποτέ δεν ξέρεις.
Not gonna lie, θα πρέπει να στίψεις το μυαλό σου αρκετά. Ωστόσο στο λύκειο δεν είχατε κάνει και τίποτα ενδιαφέρον, παρά μόνο κυκλώματα με αντιστάσεις και τον νόμο του Faraday. Προφανώς υπάρχουν πολλά περισσότερα απο αυτό...δραματικά πολλά περισσότερα απο αυτό. Αλλά τι να πρωτοπρολάβουν να σας κάνουν;
Οι ταλαντώσεις πάντως δεν είναι κάτι που αφορούν μόνο την μηχανική. Ταλαντώσεις μπορείς να έχεις γενικότερα, ακόμα και στον ηλεκτρισμό. Ένα κύκλωμα με έναν πυκνωτή(δύο αγώγιμες πλάκες σε μικρή απόσταση μεταξύ τους), και ένα πηνίο(φαντάσου το σαν αγώγιμο ελατήριο) για παράδειγμα είναι ένας ταλαντωτής.
Σκέψου τώρα τον πυκνωτή σαν ένα ελατήριο, και το πηνίο σαν μια μάζα.
Όπως το ελατήριο αντιστέκεται στο να μεταβληθεί το μήκος του, το οποίο ποσοτικοποιείται μέσω της σταθεράς του k, έτσι και ο πυκνωτής αντιστέκεται στην μεταβολή της τάσης στα άκρα του. Το μέγεθος που ποσοτικοποιεί και εκφράζει την ιδιότητα του πυκνωτή να αντιστέκεται στις μεταβολές της τάσης στα άκρα του είναι 1/C όπου C η χωρητικότητα του.
Επίσης ξέρεις οτι η μάζα οτι είναι ένα μέγεθος που σχετίζεται με το πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι να μεταβάλλεις την ταχύτητα ενός σώματος(F = mα, όσο μεγαλύτερη η μάζα, τόσο μεγαλύτερη πρέπει να είναι η δύναμη για να επιτευχθεί μια ορισμένη επιτάχυνση).Έτσι λοιπόν όπως ένα σώμα έχει την ιδιότητα της μάζας που εκφράζει την αντίσταση στην μεταβολή της ταχύτητας του, έτσι και το πηνίο είναι ένα στοιχείο που έχει αυτεπαγωγή L, και εκφράζει την αντίσταση στην μεταβολή του ρεύματος που το διαρρέει. Όπως όλα τα σώματα έχουν μάζα έτσι και όλα τα ηλεκτρικά στοιχεία έχουν αυτεπαγωγή(και χωρητικότητα). Απλά σε ένα πηνίο αυτή είναι μεγάλη. Ενώ σε έναν ηλεκτρικό αντιστάτη είναι μικρή, οπότε δεν την λαμβάνατε υπόψιν.
Εαν κάνεις την αντιστοιχεία λοιπόν :
Μάζα : m -> Πηνίο : L
ελατήριο : k -> Πυκνωτής : 1/C
και σκεφτείς οτι η ιδιοσυχνότητα σε ένα μηχανικό σύστημα ελατηρίου-μάζας είναι :
f = sqrt(k/m)
Έτσι και στο ηλεκτρικό κύκλωμα θα έχεις ιδιοσυχνότητα συστήματος εαν αντικαταστήσεις k->1/C και m->L :
f = sqrt(1/LC)
Τι σημαίνει αυτό ; Σημαίνει οτι εαν αυτό το κύκλωμα δεχόταν μια τάση v στα άκρα του της μορφής :
v(t) = Αcos(ωοt+φ) , θα είχες συντονισμό! Μην σε μπερδεύει καθόλου οτι δεν έχεις σταθερή τάση, είναι μια τάση που μεταβάλλεται αρμονικά με τον χρόνο όπως και η θέση σε μια ταλάντωση μεταβάλλεται αρμονικά με τον χρόνο. Γιατί να δεχόταν τέτοια τάση το κύκλωμα ; Απο το ηλεκτρομαγνητικό κύμα που προσπίπτει πάνω στην κεραία του ραδιοφώνου. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα δεν είναι τίποτα άλλο απο μια ταλάντωση ενός ηλεκτρικού πεδίου στον χώρο η οποία διαδίδεται μέσα σε αυτόν(και ενός μαγνητικού κάθετα στο ηλεκτρικό, αλλά αγνόησε το προς το παρών). Πάνω στην κεραία όμως είναι απλά μια ταλάντωση
Έτσι λειτουργεί και το ραδιόφωνο. Μεταβάλλοντας την χωρητικότητα του κυκλώματος μέσω ενός χειριστηρίου, αλλάζεις την συχνότητα συντονισμού του κυκλώματος. Έτσι σήματα άλλων σταθμών σε διαφορετικές συχνότητες δεν δίνουν την μέγιστη τάση στο δέκτη(θυμήσου την καμπύλη πλάτους-συχνότητας και που παρουσίαζε μέγιστο,που στην περίπτωση μας αναφερόμαστε σε πλάτος τάσης), σε αντίθεση με τον σταθμό που έχει συχνότητα f = sqrt(1/LC) ο οποίος έχει ίδια συχνότητα με την ιδιοσυχνότητα του κυκλώματος.
Δεν περιμένω να καταλάβεις τα πάντα απο αυτά, αλλά αυτό που προσπαθώ να σου περάσω είναι οτι δεν είναι τόσο βαρετό κεφάλαιο όσο το έχουν κάνει να φαίνεται. Και σαφώς υπάρχουν τρομερά παραπάνω στην όλη υπόθεση απο όσα σου λέω. Μόνο και μόνο η σχεδίαση της κεραίας είναι μια επιστήμη απο μόνη της. Η σχεδίαση του κυκλώματος που θα επιλέγει την κατάλληλη συχνότητα είναι επίσης μια επιστήμη απο μόνη της. Διότι το οτι έχουμε συντονισμό σε συγκεκριμένη συχνότητα, δεν σημαίνει οτι δεν τσιμπάς έστω και λίγο τους άλλους σταθμούς μιας που αυτός ο συντονισμός δεν είναι μια τέλεια καμπύλη μηδενικού φάρδους.Θα ήταν εαν δεν είχες καθόλου απώλειες στα υλικά, αλλά έλα που στην φύση τίποτα δεν είναι απαλλαγμένο απο απώλειες. Εκτός εαν ψύξεις τα ηλεκτρονικά του ενισχυτή στον δέκτη σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, όπως κάνουν στους δέκτες των ραδιοτηλεσκοπίων στην αστρονομία, το οποίο μειώνει σημαντικά τον θόρυβο. Το ποσοστό της ενέργειας λοιπόν των σημάτων των άλλων σταθμών που καταφέρνουν να περάσουν στον δέκτη, σου βάζουν θόρυβο στο τελικό σήμα(ενέργεια που δεν αντιστοιχεί σε πληροφορία),και τον δυσκολεύουν να ξεχωρίσει το πραγματικό σήμα ενδιαφέροντος.
Προφανώς υπάρχει και μεγάλη σύνδεση σε βασικό επίπεδο γνώσεων φυσικής ανάμεσα στον μηχανολόγο και τον ηλεκτρολόγο.
