Как «чисто» электрические цепи могут излучать звук?

Движущиеся мембраны или пьезоэлектрические материалы, очевидно, создают звуковые волны, но как «чисто» электрические цепи, такие как трансформаторы или прерыватели DCDC (и другие), часто могут слышать шум? Материал микроскопически расширяется и сжимается вместе с током?

То, что вы действительно спрашиваете, как электрические цепи могут вызывать небольшие движения. В конце концов, звук - это движение воздуха.

Ответ заключается в том, что существуют различные способы, которыми электрические поля или электрические токи могут вызывать силы или движения. Эти эффекты используются в конструкции различных преобразователей , которые существуют для того, чтобы преднамеренно вызывать или ощущать небольшие движения. Тем не менее, законы физики, которые позволяют этим датчикам функционировать, не останавливаются за пределами корпуса датчика. Они существуют повсюду, поэтому многие вещи являются непреднамеренными преобразователями. Разница в том, что обычно эффект довольно слабый, если его не намеренно разрабатывать, как в преобразователе.

Некоторые из этих эффектов:

1. Электростатическая сила . Два объекта с разным напряжением будут иметь силу между ними. Сила пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна расстоянию. Это та же самая сила, которая позволяет шарику прилипать к вашим волосам после втирания их в кошку или что-то в этом роде. Для обычных цепей эта сила очень слабая, и проводники удерживаются на месте гораздо сильнее, чем она. Тем не менее, иногда вы можете получить слышимый звук с помощью цепей высокого напряжения.

2. Электродинамическая сила . Движущийся заряд создает вокруг него круговое магнитное поле. Магнитное поле пропорционально току, и его можно сделать довольно сильным, замотав провод в катушку. Это магнитное поле может создавать движение и является основой для работы соленоидов, двигателей и громкоговорителей.

   Движущиеся заряды также испытывают силу при прохождении через магнитное поле правильной ориентации. Большинство громкоговорителей фактически работают по этому принципу; они сделаны так, что сильный постоянный магнит закреплен и катушка движется, что, в свою очередь, перемещает центр конуса динамика. То же самое происходит в любом индукторе. Каждый кусок провода с током через него испытывает некоторую силу из-за общего магнитного поля. Некоторое жужжание, которое вы слышите от трансформаторов, - это отдельные куски проволоки, которые в результате немного двигаются.

3. Пьезоэлектрический эффект . Некоторые материалы, такие как, например, кварц, слегка изменяют свой размер или форму в зависимости от приложенного электрического поля. Некоторые маленькие наушники работают по этому принципу. Существуют также «кристаллические» микрофоны, которые работают по этому принципу в обратном порядке, что означает, что приложение силы к кристаллу заставляет его создавать напряжение. Обычные воспламенители гриля для барбекю работают по этому принципу, сильно ударяя кристалл кварца и достаточно внезапно, чтобы создать достаточно высокое напряжение, чтобы вызвать искру.

   Некоторые материалы конденсаторов проявляют достаточно этого эффекта, что при жесткой установке на печатной плате может вызывать слышимый звук. Мне пришлось один раз передышать доску и заменить керамический колпачок на электролитический, потому что керамика вызывала раздражающее звуковое скуление.

4. Магнитострикционный эффект . Это магнитный аналог пьезоэлектрического эффекта. Некоторые материалы меняют форму или размер в зависимости от приложенного магнитного поля, и этот эффект работает и в обратном направлении. Я работал над магнитными датчиками, которые использовали этот эффект.

   Материалы в трансформаторах и катушках индуктивности выбираются таким образом, чтобы не иметь такого эффекта, но в любом случае их небольшое количество. Сердечник индуктора на самом деле очень мало меняет размер при изменении магнитного поля. Это может вызвать слышимый звук, особенно если индуктор механически связан с чем-то, что представляет большую площадь для воздуха, например, с печатной платой.

Идеальный индуктор или трансформатор может быть чисто электронным компонентом, но реальный индуктор или трансформатор создает (быстро меняющееся) магнитное поле. Целью разработки такого компонента является сохранение этого магнитного поля внутри компонента (например, внутри ферромагнитного сердечника), но это не будет достигнуто на 100%. «Протекающее» магнитное поле заставит вещи двигаться (вибрировать), и эти вещи также заставят воздух вокруг них двигаться. Presto: (нежелательный) электромагнитный динамик.

Подобный эффект, вероятно, может иметь место в высоковольтных конденсаторах, где проводящие пластины притягиваются друг к другу в зависимости от напряжения. Это соответствует электростатическому динамику :)

Третий эффект - это (нежелательные) пьезоэлектрические эффекты в компонентах. Я не уверен, так ли это на самом деле на наблюдаемом уровне.

Это не расширение или сжатие материала, который излучает звук в цепях трансформатора или индуктивности. Однако части движутся.

Трансформаторы подвержены значительным механическим воздействиям, вызванным переменными электромагнитными полями. Это заставляет провода и ламинации двигаться и, следовательно, излучать звук. Преобразователи постоянного тока в постоянный часто имеют намотанные индукторы, которые также перемещаются по той же причине.

Вот еще один

Звук, изменяя свойства окружающей плазмы или газа из-за воздействия электрического поля и / или электрического разряда

Основанный на «Поющей дуге», которая была открыта в 1900 году Уильямом Дадделлом, Ionophone или, как его обычно называют, плазменный громкоговоритель / твитер (фактически используется в громкоговорителях), генерирует звуковые волны, заряжая плазму для изменения размера плазмы в пределах обычно узкое поле между электродами. Из-за очень низкой массы, которая должна быть перемещена, этот громкоговоритель может производить очень точное воспроизведение волн, подаваемых на электроды, особенно хорошо для высоких частот.

Другой эффект еще не затронута проволочным выпрямление под нагрузкой - провода действительно , как правило , выпрямить , когда ток проходит через них, независимо от микроскопически или явно. Провод в обмотках силового трансформатора пытается очень немного выпрямить от 100 до 120 раз в секунду (в зависимости от частоты муниципального питания).

Это явление очень легко наблюдать, когда автомобиль запускается с помощью перемычек с небольшими кабельными перемычками, особенно если у запускаемого автомобиля сильно разряженная батарея. Когда пускатель включен, часто легко увидеть, как соединительные кабели "прыгают" и сжимаются, когда они слегка выпрямляются при большой нагрузке.

Движущиеся мембраны или пьезоэлектрические материалы, очевидно, создают звуковые волны, но как "чисто" электрические цепи, такие как трансформаторы или прерыватели постоянного тока (и другие), часто могут слышать шум? Материал микроскопически расширяется и сжимается вместе с током?

В то время как другие объяснили часть о том, как материал движется хорошо, одним из ключевых моментов является то, что звуковой шум требует движения в пределах слышимого человеком диапазона . Обычно это означает от 20 Гц до 20 кГц, но может быть немного ниже или выше, а также учитывать возраст / потерю слуха. Все, что колеблется выше или ниже этого диапазона (инфразвуковое или ультразвуковое), обычно не слышно. Хотя, к счастью, этот диапазон является типичным для многих цепей, от прерывателей постоянного тока, трансформаторов, панельных инверторов EL, PWM для световых цепей, поэтому он часто является побочным продуктом.

Здесь было много теории. На практике обычно используются свободные провода индукторов. Нажатие на катушки (не !!!! с помощью чего-либо магнитного, как отвертка: попытка сделать это на катушках в ЭЛТ-схемах обратного хода - это то, что вы не делаете более одного раза), может помочь найти виновника, и подойдет теплый клей или гвоздь польский может помочь получить его под контролем.

По моему опыту, большую часть времени трансформатор издает шум из-за слабой ламинации или ненадежного монтажа. Механический прерыватель издает шум, потому что язычок, который «прерывает» ток, движется / вибрирует. Очевидно, что все, что движется, издает звук. Трансформатор обычно производит гул 60 Гц, в то время как прерыватель зависит от частоты, для которой он был разработан (обычно 400 Гц).

Я не верю, что материал микроскопически расширяется и сжимается, но если бы это было так, частота была бы настолько высокой, что это было бы не слышно. Кроме того, это может быть недостаточно громко.

Единственными чисто немеханическими цепями, которые могут производить звуки, являются микроволновые передатчики. Но они будут готовить ваш мозг.