Bod zvratu (fyzika) - Tipping point (physics)

Bod zvratu je příkladem hystereze , ve které bod, ve kterém je objekt posunuta ze stavu stabilní rovnováhy do nového rovnovážného stavu, který je kvalitativně odlišný od prvního.

V elektrické energii

V elektrických spínačích se běžně používají body překlopení, aby se zajistilo rychlé otevření a zavření spínacích kontaktů, aby se minimalizovala tvorba elektrického oblouku a zabránilo se spálení nebo svařování spínacích kontaktů.

Přepínače

Spínací mechanismus je navržen tak, aby měl dva stabilní stavy, které jsou vzájemně zrcadlovým obrazem, přičemž akční člen vždy spočívá v jednom nebo druhém stabilním stavu. Pohyb ovládací páky spínače působí na pružinu napětím, dokud ovládací páka nepřekročí sklopný nebo rovnovážný bod kontaktního aktuátoru. Pružina poté tlačí ovladač do opačného stavu a uvolňuje napětí pružiny.

Mechanismus bodu zlomu má ve srovnání se staromódními přímo ovládanými nožovými spínači několik výhod :

• Rychlost, kterou je ovládací páka ovládána, nemá vliv na rychlost, při které pružina uvolňuje své napětí. Rychlým nebo pomalým pohybem ovládacího prvku jednoduše stlačíte pružinu a pohon se nepohybuje, dokud není překlopen bod překlopení.
• Konstrukce bodu zlomu zabraňuje poškození kontaktů v důsledku pomalého otevírání spínače, což vede ke vzniku elektrického oblouku nebo k tomu, že kontakty spínače nejsou zcela a pevně uzavřeny.
• Bod sklopení také poskytuje určitou ochranu proti fyzickým nárazům, které by mohly způsobit otevření pohonu, protože pružina bodu sklopení vyvíjí stálý tlak na kontakty.

Velké pružiny a páky však mohou při náhlém uvolnění vydávat hlasitý zvuk skřípání. V domácnostech je tento hluk nežádoucí, což má za následek vývoj mnohem jednodušších mechanismů bodu zlomu s nízkou hmotností, využívajících listové pružiny a velmi malý pás kovu jako kontaktního aktuátoru.

Mikrospínače

V mikrospínačích se používají body zvratu s velmi malou separační vzdáleností mezi rovnovážnými stavy . Velké spínače používají k vytvoření bodu zlomu samostatné pružiny, páky a závěsy, ale mikrospínač používá velmi malou zalomenou kovovou listovou pružinu. Pás je upevněn na jednom konci velmi blízko zalomení, které ohýbá pás ve směru nahoru.

Tlak je vyvíjen velmi blízko za zlomem, což způsobí, že pásek se převrátí za smyčku a vyskočí dolů, čímž se konec pásu sklopí dolů a posunou se spínací kontakty. Uvolnění tlaku na pružinu způsobí, že vyskočí zpět do původního tvaru, vyklopí konec pásu nahoru a vrátí spínač do původního stavu.

Protože jsou odstraněny kloubové body a pohyb je způsoben namáháním tenkého kovového pásu, mikrospínače jsou extrémně spolehlivé a fungují po miliony cyklů bez poruchy. Větší spínač zkonstruovaný ze samostatných pružin a pák se rychleji opotřebovává v důsledku tření kloubových bodů pod vysokým tlakem pružiny v bodě sklopení.

Požadované hodnoty termostatů

Elektrická zařízení, která využívají systémy vytápění a chlazení, často obsahují malé termostaty s pop-diskem, které se otevírají nebo zavírají při nastavené teplotě, kterou koncový uživatel nemůže změnit. Disk je vytvořen z bimetalového plechu se dvěma vrstvami kovu, které se rozpínají různými rychlostmi, a je vyražen do konečného tvaru mísy. Spínací kontakty jsou uprostřed a po obvodu nádoby.

Při teplotě přechodu způsobí kovové expanzní napětí na misce náhlý "pop" a invertuje se. V závislosti na uspořádání spínacích kontaktů nad a pod nádobou může inverze elektrický obvod buď otevřít, nebo uzavřít.

Obrácená mísa je udržována pod napětím v obráceném tvaru a vyžaduje určitý pokles teploty, aby se bimetalové napětí dostatečně vybudovalo v opačném směru, což způsobí, že se mísa „uvolní“ zpět do původního tvaru.