محاسبه مقاومت یک سیم
معرفی
اعمال اختلاف ولتاژ به هادی باعث ایجاد جریان جریان می شود و شدت جریان معمولا تابعی از اختلاف ولتاژ اعمالی است. در ساده ترین حالت (خطی)، جریان جریان و اختلاف ولتاژ متناسب هستند. ثابت تناسب مقاومت دستگاه است. این مدل نحوه محاسبه مقاومت یک مقطع کوتاه از سیم مسی را نشان می دهد. همگرایی محلول با توجه به اندازه مش نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.
شکل 1: بخش کوتاهی از سیم مسی. هدف محاسبه مقاومت معادل این سیم است.
تعریف مدل
یک مقطع سیم مسی به طول 10 میلی متر به شعاع 1 میلی متر، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، مطالعه شده است. جریان ثابت 1 A از سیم عبور می کند و افت ولتاژ اندازه گیری می شود که از آن مقاومت سیم محاسبه می شود.
شرایط مرزی استفاده شده برای نشان دادن اتصال به منبع جریان DC است. یک سر سیم به زمین متصل می شود که نشان دهنده یک سینک جریان است و سر دیگر با استفاده از شرایط مرزی ترمینال به منبع جریان ثابت 1 A متصل می شود.
سه مش مختلف مورد مطالعه قرار میگیرند تا نشان دهند که نتایج با توجه به پالایش مش همگرا هستند – هر گونه پالایش بیشتر مش فقط دقت نتایج را تا حدی بهبود میبخشد. یک شبکه چهار وجهی رایگان با اندازه های مختلف عناصر پیش فرض استفاده می شود. نتایج مقایسه شده و همگرایی مش نشان داده شده است.
نتایج و بحث
توزیع ولتاژ در شکل 2 نشان داده شده است . افت خطی ولتاژ در طول سیم قابل مشاهده است. مقاومت این سیم 10 میلی متری 0.212 متر اهم محاسبه شده است ، مقداری که برای همه مش ها با 1% مطابقت دارد.
شکل 2: ولتاژ به صورت خطی در طول سیم کاهش می یابد.
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Introductory_Electric_Currents/simple_resistor
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی Model Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
|
در پنجره Model Wizard ، روی 3D کلیک کنید .
|
2
|
در درخت Select Physics ، AC/DC>Electric Fields و Currents>Electric Currents (ec) را انتخاب کنید .
|
3
|
روی افزودن کلیک کنید .
|
4
|
روی مطالعه کلیک کنید .
|
5
|
در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید .
|
6
|
روی Done کلیک کنید .
|
هندسه 1
با ایجاد یک سیلندر برای سیم مسی شروع کنید.
سیلندر 1 (cyl1)
1
|
در نوار ابزار Geometry ، روی Cylinder کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید .
|
3
|
در قسمت نوشتاری Radius ، 0.5[mm] را تایپ کنید .
|
4
|
در قسمت متن ارتفاع ، 10[mm] را تایپ کنید .
|
5
|
روی Build All Objects کلیک کنید .
|
6
|
روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
|
جریان های الکتریکی (EC)
فیزیک جریان الکتریکی را تنظیم کنید . مرزهای زمین و پایانه را مشخص کنید.
زمین 1
1
|
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electric Currents (ec) کلیک راست کرده و Ground را انتخاب کنید .
|
2
|
فقط مرز 3 را انتخاب کنید.
|
ترمینال 1
1
|
در نوار ابزار Physics ، روی Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید .
|
2
|
فقط مرز 4 را انتخاب کنید.
|
3
|
در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید .
|
4
|
در قسمت متن I 0 ، 1 را تایپ کنید .
|
مواد
سپس، خواص مواد را تعیین کنید. از مس برای همه دامنه ها استفاده کنید.
مواد را اضافه کنید
1
|
در نوار ابزار Home ، روی Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود .
|
2
|
به پنجره Add Material بروید .
|
3
|
در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید .
|
4
|
روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .
|
5
|
در نوار ابزار Home ، روی Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود .
|
مش 1
چهار وجهی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Tetrahedral کلیک کنید .
اندازه
1
|
در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست از پیش تعریف شده ، Extra coarse را انتخاب کنید .
|
4
|
روی ساخت همه کلیک کنید .
|
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
پتانسیل الکتریکی (EC)
نمودار پیش فرض پتانسیل الکتریکی در سیم مسی را نشان می دهد. شکل 2 را ببینید .
مقاومت سیم را با اندازه مش درشت اضافی ارزیابی کنید.
ارزیابی جهانی 1
1
|
در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی جهانی کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، روی جایگزینی عبارت در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electric Currents>Terminals>ec.R11 – Resistance – Ω را انتخاب کنید .
|
3
|
قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
|
اصطلاح
|
واحد
|
شرح
|
ec.R11
|
m Ω
|
مقاومت
|
4
|
روی ارزیابی کلیک کنید .
|
مش 1
اندازه
1
|
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست از پیش تعریف شده ، Normal را انتخاب کنید .
|
4
|
روی ساخت همه کلیک کنید .
|
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
ارزیابی جهانی 1
مقاومت سیم را با اندازه مش معمولی ارزیابی کنید.
1
|
در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Derived Values، روی ارزیابی جهانی 1 کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، روی ارزیابی کلیک کنید .
|
مش 1
اندازه
1
|
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست از پیش تعریف شده ، Extra fine را انتخاب کنید .
|
4
|
روی ساخت همه کلیک کنید .
|
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
ارزیابی جهانی 1
تجزیه و تحلیل نتیجه را با ارزیابی مقاومت سیم با اندازه مش ریز اضافی به پایان برسانید.
1
|
در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Derived Values، روی ارزیابی جهانی 1 کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، روی ارزیابی کلیک کنید .
|
جدول
1
|
به پنجره Table بروید .
|
مقاومت سیم ارزیابی شده برای سه مش مختلف باید در عرض 1% مطابقت داشته باشد.