عنصر الکتریکی کیست؟ توضیح بده.
در مهندسی برق، عناصر الکتریکی یا اجزای الکتریکی انتزاعات مفهومی هستند که نشان دهنده قطعات الکتریکی ایده‌آل، مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌ها هستند که در تحلیل شبکه‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. همه شبکه‌های الکتریکی را می‌توان به‌عنوان چندین عنصر الکتریکی که توسط سیم به هم متصل شده‌اند، تحلیل کرد. در جایی که عناصر تقریباً با اجزای واقعی مطابقت دارند، نمایش می‌تواند به شکل یک نمودار شماتیک یا نمودار مدار باشد. به این مدل عنصر فشرده می‌گویند. در موارد دیگر، از عناصر بینهایت کوچک برای مدل‌سازی شبکه در مدل عناصر گسترده استفاده می‌شود.این عناصر الکتریکی ایده‌آل نمایانگر اجزای الکتریکی واقعی، فیزیکی یا الکترونیکی هستند. با این حال، آنها از نظر فیزیکی وجود ندارند و فرض بر این است که خواص ایده‌آلی دارند. در مقابل، اجزای الکتریکی واقعی خواص کمتر از حد ایده‌آل، درجه ای از عدم قطعیت در مقادیر خود و درجه ای از غیرخطی بودن دارند. برای مدل‌سازی رفتار غیر ایده‌آل یک جزء مدار واقعی ممکن است نیاز به ترکیبی از چندین عنصر الکتریکی ایده‌آل برای تقریب عملکرد آن باشد. به عنوان مثال، فرض می‌شود که یک عنصر مداری سلفی دارای اندوکتانس است اما مقاومت یا ظرفیت‌خازنی ندارد، درحالی‌که یک سلف واقعی، یک پیچهٔ سیمی، علاوه بر اندوکتانس خود، مقداری مقاومت نیز دارد. این ممکن است توسط یک عنصر اندوکتانس ایده‌آل در سِری با یک مقاومت مدل شود.تحلیل مدار با استفاده از عناصر الکتریکی برای درک شبکه‌های عملی اجزای الکتریکی مفید است. تحلیل اینکه چگونه یک شبکه تحت تأثیر عناصر مجزا آن قرار می‌گیرد، تخمین چگونگی رفتار یک شبکه واقعی را ممکن می‌سازد.انواع.عناصر مدار را می‌توان به دسته‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد. یکی این است که چند پایانه برای اتصال آنها به اجزای دیگر دارند:عناصر را می‌توان به فعال و غیرفعال نیز تقسیم کرد:تمایز دیگر بین خطی و غیرخطی است:عناصر تک‌قطبی.فقط ۹ نوع عنصر (ممریستور شامل نمی‌شود)، پنج غیرفعال و چهار فعال، برای مدل‌سازی هر قطعه یا مدار الکتریکی مورد نیاز است. هر عنصر با یک رابطه بین متغیرهای حالت شبکه تعریف می‌شود: جریان ، formula_1 ; ولتاژ ، formula_2 ; شارژ ، formula_3 ; و شار مغناطیسی ، formula_4 .عناصر غیرخطی.در واقع، تمام اجزای مدار غیرخطی هستند و فقط می‌توانند در یک محدوده مشخص به صورت خطی تقریب زده شوند. برای توصیف دقیق‌تر عناصر غیرفعال، به جای تناسب ساده، از رابطه سازنده آنها استفاده می‌شود. از هر دو متغیر مدار می‌توان شش رابطه سازنده تشکیل داد. از این، فرض بر این است که چهارمین عنصر غیرفعال نظری وجود داشته باشد زیرا در تحلیل شبکه خطی تنها پنج عنصر در مجموع (بدون احتساب منابع وابسته مختلف) وجود دارد. این عنصر اضافی ممریستور نامیده می‌شود. این فقط به عنوان یک عنصر غیرخطی وابسته به زمان معنی دارد. به عنوان یک عنصر خطی مستقل از زمان، به یک مقاومت ثابت کاهش می‌یابد. از این رو، آن در مدل‌های مدار خطی ناوردا با زمان (LTI) شامل نمی‌شود. روابط سازنده عناصر غیرفعال به وسیله؛در برخی موارد خاص، رابطه سازنده به تابعی از یک متغیر ساده می‌شود. این مورد برای همه عناصر خطی است، اما همچنین، به عنوان مثال، یک دیود ایده‌آل، که از نظر تئوری مدار یک مقاومت غیرخطی است، یک رابطه ساختاری formula_18 دارد. . هر دو منبع ولتاژ مستقل و جریان مستقل را می‌توان مقاومت‌های غیرخطی تحت این تعریف در نظر گرفت.چهارمین عنصر غیرفعال، ممریستور، توسط لئون چوا در مقاله‌ای در سال ۱۹۷۱ پیشنهاد شد، اما یک جزء فیزیکی که نشان‌دهنده مزیت است تا سی و هفت سال بعد ایجاد نشد. در ۳۰ آوریل ۲۰۰۸ گزارش شد که یک ممریستور کارا توسط تیمی در آزمایشگاه HP به رهبری دانشمند آر استنلی ویلیامز ساخته شده است. با ظهور ممریستور، اکنون می‌توان هر جفت از چهار متغیر را به هم مرتبط کرد.دو عنصر غیرخطی ویژه گاهی در تحلیل استفاده می‌شوند، اما همتای ایده‌آل هیچ جزء واقعی نیستند:اینها گاهی در مدل‌های قطعات با بیش از دو پایانه استفاده می‌شوند: برای مثال ترانزیستورها.عناصر دوقطبی.همه موارد فوق عناصر دو پایانه‌ای یا یک درگاهی هستند به جز منابع وابسته. دو عنصر خطی دوقطبی بی‌اتلاف، غیرفعال و خطی معمولاً در تحلیل شبکه معرفی می‌شوند. روابط سازنده آنها در نمادگذاری ماتریسی عبارتند از:ترانسفورماتور یک ولتاژ را در یک قطب به ولتاژ دیگری با نسبت "n" نگاشت می‌کند. جریان بین همان دو قطب با ۱ "تقسیم بر n" نگاشت می‌شود. از طرف دیگر، ژیراتور ولتاژ یک قطب را به جریان در قطب دیگر نگاشت می‌کند. به همین ترتیب، جریان‌ها با ولتاژها نگاشت می‌شوند. مقدار "r" در ماتریس برحسب واحد مقاومت است. ژیراتور یک عنصر ضروری در تحلیل است زیرا متقابل نیست. شبکه‌هایی که فقط از عناصر خطی اصلی ساخته شده‌اند، لزوماً متقابل هستند، بنابراین نمی‌توانند به تنهایی برای نمایش یک سامانه نامتقابل استفاده شوند. با این حال، داشتن هر دو ترانسفورماتور و ژیراتور ضروری نیست. دو ژیراتور به‌صورت آبشاری معادل یک ترانسفورماتور هستند، اما ترانسفورماتور معمولاً برای راحتی حفظ می‌شود. معرفی ژیراتور همچنین ظرفیت‌خازنی یا القاوری را غیرضروری می‌کند، زیرا یک ژیراتور که با یکی از آنها در قطب ۲ پایانش می‌یابد، معادل دیگری در قطب ۱ خواهد بود. با این حال، ترانسفورماتور، ظرفیت‌خازن و القاوری معمولاً در تحلیل حفظ می‌شوند زیرا آنها خواص ایده‌آل اجزای اصلی فیزیکی ترانسفورماتور، سلف و خازن هستند، در حالی که یک ژیراتور عملی باید به‌صورت یک مدار فعال ساخته شود.مثال‌ها.در زیر نمونه‌هایی از نمایش قطعات از طریق عناصر الکتریکی آورده شده است.