قیاس امپدانس کیست؟ توضیح بده.
قیاس امپدانس یا ناهم‌ساختی امپدانس یا مانستگی امپدانس روشی برای نمایش یک سامانه مکانیکی توسط یک سامانه الکتریکی مشابه است. مزیت انجام این کار این است که تعداد زیادی از تکنیک‌های تئوری و تحلیل در مورد سامانه‌های پیچیده الکتریکی، به‌ویژه در زمینه فیلترها وجود دارد. با تبدیل به یک نمایش الکتریکی، این ابزارها در حوزه الکتریکی می‌توانند مستقیماً بدون تغییر در یک سامانه مکانیکی اعمال شوند. یک مزیت دیگر در سامانه‌های الکترومکانیکی رخ می‌دهد: تبدیل بخش مکانیکی چنین سامانهی به حوزه الکتریکی به کل سامانه اجازه می‌دهد تا به عنوان یک کل واحد تحلیل شود.رفتار ریاضی سامانه الکتریکی شبیه‌سازی شده با رفتار ریاضی سامانه مکانیکی ارائه شده یکسان است. هر عنصر در حوزه الکتریکی دارای یک عنصر متناظر در حوزه مکانیکی با یک معادله سازنده مشابه است. تمام قوانین تحلیل مدار، مانند قوانین مدار کیرشهوف، که در حوزه الکتریکی اعمال می‌شود، در مورد قیاس امپدانس مکانیکی نیز اعمال می‌شود.قیاس امپدانس یکی از دو قیاس مکانیکی- الکتریکی اصلی است که برای نمایش سامانه‌های مکانیکی در حوزه الکتریکی استفاده می‌شود و دیگری قیاس تحرُک‌پذیر است. نقش ولتاژ و جریان در این دو روش معکوس می‌شود و نمایش‌های الکتریکی تولید شده مدارهای دوگان یکدیگر هستند. قیاس امپدانس قیاس بین امپدانس الکتریکی و امپدانس مکانیکی را حفظ می‌کند در حالی که قیاس تحرک‌پذیر اینطور نیست. از سوی دیگر، قیاس تحرک، هَمبندی سامانه مکانیکی را هنگام انتقال به حوزه الکتریکی حفظ می‌کند، در حالی که قیاس امپدانس اینطور نیست.کاربردها.قیاس امپدانس به‌طور گسترده برای مدل‌سازی رفتار فیلترهای مکانیکی استفاده می‌شود. اینها فیلترهایی هستند که برای استفاده در یک مدار الکترونیکی در نظر گرفته شده‌اند اما کاملاً توسط امواج ارتعاشی مکانیکی کار می‌کنند. مبدل‌هایی در ورودی و خروجی فیلتر برای تبدیل بین حوزه الکتریکی و مکانیکی ارائه می‌شود.یکی دیگر از کاربردهای بسیار رایج در زمینه تجهیزات صوتی مانند بلندگوها است. بلندگوها از یک مبدل و قطعات متحرک مکانیکی تشکیل شده‌اند. امواج صوتی خود امواج حرکت مکانیکی هستند: مولکول‌های هوا یا برخی از محیط‌های سیال دیگر. یک کاربرد بسیار اولیه از این نوع ایجاد بهبودهای قابل توجهی در عملکرد صوتی افتضاح گرامافون‌ها بود. در سال ۱۹۲۹، ادوارد نورتُن قطعات مکانیکی یک گرامافون را طوری طراحی کرد که به عنوان یک فیلتر حداکثر تخت عمل کند، بنابراین فیلتر الکترونیکی باتروث را پیش‌بینی کرد.عناصر.قبل از اینکه بتوان یک قیاس الکتریکی برای یک سامانه مکانیکی ایجاد کرد، ابتدا باید آن را به عنوان یک شبکه مکانیکی انتزاعی توصیف کرد. سامانه مکانیکی به تعدادی عنصر ایده‌آل تقسیم می‌شود که هر کدام می‌توانند با یک قیاس الکتریکی جفت شوند. نمادهای استفاده شده برای این عناصر مکانیکی در نمودارهای شبکه در بخش‌های زیر در مورد هر عنصر نشان داده شده است.قیاس‌های مکانیکی عناصر الکتریکی فشرده نیز عناصر فشرده هستند، یعنی فرض بر این است که جزء مکانیکی دارای عنصر به اندازه ای کوچک است که زمان انتشار امواج مکانیکی از یک سر قطعه به سر دیگر را می‌توان نادیده گرفت. قیاس‌ها را می‌توان برای عناصر گسسته مانند خطوط انتقال نیز توسعه داد، اما بیشترین مزایا مربوط به مدارهای المان فشرده است. تشابهات مکانیکی برای سه عنصر الکتریکی غیرفعال، یعنی مقاومت، اندوکتانس و خازن مورد نیاز است. اینکه این قیاس‌ها چه هستند، با ویژگی مکانیکی انتخاب شده برای نشان دادن «تلاش»، قیاس ولتاژ، و ویژگی انتخاب شده برای نمایش «جریان»، قیاس جریان، تعیین می‌شود. در قیاس امپدانس متغیر تلاش نیرو و متغیر جریان سرعت است.مقاومت.قیاس مکانیکی مقاومت الکتریکی تلف انرژی یک سامانه متحرک از طریق فرآیندهایی مانند اصطکاک است. یک جزء مکانیکی مشابه مقاومت یک کمک‌فنر است و خاصیت مشابه مقاومت میرایی است. یک مقاومت توسط معادله سازنده قانون اهم کنترل می‌شود،formula_1معادله مشابه در حوزه مکانیکی،formula_2که در اینجامقاومت الکتریکی نشان دهنده بخش حقیقی امپدانس الکتریکی است. به همین ترتیب، مقاومت مکانیکی بخش حقیقی امپدانس مکانیکی است.اندوکتانس.قیاس مکانیکی اندوکتانس در قیاس امپدانس جرم است. یک جزء مکانیکی مشابه یک سلف یک وزنه بزرگ و صلب است. یک سلف توسط معادله سازنده کنترل می‌شود،formula_9معادله مشابه در حوزه مکانیکی قانون دوم حرکت نیوتن است.formula_10که در اینجاامپدانس یک سلف، به‌طور خالص موهومی است و توسط:formula_11امپدانس مکانیکی مشابه داده می‌شود با،formula_12که اینجاظرفیت‌خازنی.قیاس مکانیکی ظرفیت‌خازنی در قیاس امپدانس، سستی است. در مکانیک بیشتر رایج است که در مورد سفتی، معکوس سستی بحث شود. قیاس سفتی در حوزه الکتریکی، برق‌ناپذیری کمتر مورد استفاده، معکوس ظرفیت‌خازنی است. یک جزء مکانیکی مشابه خازن یک فنر است. یک خازن توسط معادله سازنده کنترل می‌شود،formula_13معادله مشابه در حوزه مکانیکی شکلی از قانون هوک است.formula_14که در اینجاامپدانس یک خازن به‌طور خالص موهومی است و توسط:امپدانس مکانیکی مشابه داده می‌شود با،formula_15از طرف دیگر، می‌توان نوشت،formula_16که formula_17 سستی مکانیکی است. هنگامی که از ظرفیت‌خازنی استفاده می‌شود، این به‌طور مستقیم شبیه به بیان الکتریکی است.تشدیدگر.تشدیدگر مکانیکی از یک عنصر جرمی و یک عنصر سستی تشکیل شده است. تشدیدگرهای مکانیکی مشابه مدارهای LC الکتریکی هستند که از اندوکتانس و خازن تشکیل شده‌اند. اجزای مکانیکی واقعی به‌طور اجتناب ناپذیری هم جرم و هم سستی دارند، بنابراین ساختن تشدیدگرها به عنوان یک جزء منفرد یک پیشنهاد عملی است. در واقع، ایجاد یک جرم خالص یا سستی خالص به عنوان یک جزء دشوارتر است. فنر را می‌توان با سستی و جرم خاصی ساخت، یا جرمی را می‌توان با سستی به حداقل رساند، اما هیچ‌کدام را نمی‌توان به‌طور کامل حذف کرد. تشدیدگرهای مکانیکی جزء کلیدی فیلترهای مکانیکی هستند.مُولدها.قیاسی برای عناصر الکتریکی فعال منبع ولتاژ و منبع جریان (ژنراتورها) وجود دارد. قیاس مکانیکی در قیاس امپدانس مولد ولتاژ ثابت، مولد نیروی ثابت است. قیاس مکانیکی مولد جریان ثابت، مولد سرعت ثابت است.مبدل‌ها.سامانه‌های الکترومکانیکی برای تبدیل بین حوزه الکتریکی و مکانیکی به مبدل نیاز دارند. آنها مشابه شبکه‌های دوقطبی هستند و مانند آنها را می‌توان با یک جفت معادله همزمان و چهار پارامتر دلخواه توصیف کرد. نمایش‌های ممکن متعددی وجود دارد، اما شکلی که بیشتر برای قیاس امپدانس کاربرد دارد، دارای پارامترهای دلخواه در واحدهای امپدانس است. در شکل ماتریسی (با در نظر گرفتن سمت الکتریکی به عنوان درگاه ۱) این نمایش عبارت است از:formula_18عنصر formula_19 امپدانس مکانیکی مدار باز است، یعنی امپدانس ارائه شده توسط سمت مکانیکی مبدل زمانی که جریانی (مدار باز) به سمت الکتریکی وارد نمی‌شود. عنصر formula_20 برعکس، امپدانس الکتریکی مهارشده است، یعنی امپدانسی که در هنگام بستن سمت مکانیکی و جلوگیری از حرکت به سمت الکتریکی ارائه می‌شود (سرعت صفر است). دو عنصر باقی مانده، formula_21 و formula_22 توابع انتقال پیش‌سو و وارون مبدل را به ترتیب توصیف می‌کنند. آنها هر دو مشابه امپدانس‌های انتقالی هستند و نسبت‌های ترکیبی یک کمیت الکتریکی و مکانیکی هستند.ترانسفورماتورها.قیاس مکانیکی ترانسفورماتور یک ماشین ساده مانند یک قرقره یا یک اهرم است. بسته به اینکه مزیت مکانیکی ماشین به ترتیب بیشتر یا کمتر از واحد باشد، نیروی اعمال شده به بار می‌تواند بیشتر یا کمتر از نیروی ورودی باشد. مزیت مکانیکی مشابه نسبت دور ترانسفورماتور در قیاس امپدانس است. مزیت مکانیکی بیشتر از واحد مشابه ترانسفورماتور افزاینده و کمتر از واحد مشابه ترانسفورماتور کاهنده است.