Кіріспе

Механикалық қаттылық, немесе электрлік сыйымдылықтың немесе сұйықтық ағынының икемділігіне кері шама – физиологиялық термин. Электрлік эластанс – сыйымдылықтың кері шамасы. Эластансаның СИ бірлігі – кері фарад (F−1). Бұл ұғымды электр және электрондық инженерлер кеңінен қолданбайды. Конденсаторлардың шамасы әдетте сыйымдылық бірліктерімен, кері сыйымдылықпен емес, көрсетіледі. Дегенмен, ол желілік талдаудың теориялық еңбектерінде қолданылады және микротолқынды жиіліктердегі кейбір арнайы қолданыстарға ие. Эластанс терминін Оливер Хевисайд конденсаторды серіппемен салыстыру арқылы енгізген. Бұл термин басқа энергия салаларындағы ұқсас шамалар үшін де қолданылады. Ол механикалық саланың қаттылығына сәйкес келеді және сұйықтық ағыны саласындағы, әсіресе физиологиядағы икемділікке кері шама болып табылады. Бұл сондай-ақ байланыс кестесі талдауында және бірнеше сала бойынша жүйелерді талдаудың басқа схемаларындағы жалпыланған шаманың атауы болып табылады.

Бірліктер

Эластансаның СИ бірлігі – кері фарад (F−1). Осы бірлік үшін кейде «дәрәф» термині қолданылады, бірақ ол СИ жүйесімен бекітілмеген және оны пайдалануға кеңес берілмейді. Бұл термин фарад сөзін кері жазу арқылы жасалған, дәл сол сияқты, өткізгіштіктің бірлігі – «мхо» (ол да СИ жүйесімен бекітілмеген) омм сөзін кері жазу арқылы құрастырылған. «Дәрәф» терминін Артур Э. Кеннели ойлап тапқан. Ол оны кем дегенде 1920 жылдан бері қолданып келген.

Тарих

Эластанса және эластичность терминдерін 1886 жылы Оливер Хевисайд енгізді. Хевисайд қазіргі кезде тізбектерді талдауда қолданылатын көптеген терминдерді енгізді, мысалы, кедергі, индуктивтілік, қабылдағыштық және өткізгіштік. Хевисайд терминологиясы кедергі және кедергілік үлгісін ұстанды, онда кеңейтілген қасиеттер үшін -ance жұрнағы, ал қарқынды қасиеттер үшін -ivity жұрнағы қолданылады. Кенейтілген қасиеттер тізбектерді талдауда қолданылады (олар компоненттердің "мәндері"), ал қарқынды қасиеттер өріс талдауында қолданылады. Хевисайд номенклатурасы өрістегі және тізбектегі сәйкес шамалардың арасындағы байланысты көрсетуге арналған. Эластичность – материалдың қарқынды қасиеті, компоненттің кеңейтілген қасиеті – эластансаға сәйкес келеді. Ол диэлектрлік тұрақтының кері шамасы болып табылады. Хевисайд айтқандай, диэлектрлік тұрақтылық өткізгіштікке, ал эластичность эластансаға әкеледі. Ол конденсатор зарядты сақтауға арналған ыдыс екенін білдіретін кез келген терминді ұнатпады. Ол сыйымдылық (капацитанс) және сыйымды (капацитивті) терминдерін, сондай-ақ олардың кері шамаларын – сыйымсыздық және сыйымсыздық терминдерін қабылдамады. Оның заманында конденсатор үшін қолданылатын терминдер – конденсатор (электр сұйығын конденсациялауға болады) және Лейден банкасы, конденсатордың ерте түрі, сонымен қатар қандай да бір сақтауды білдіретін лейден болды. Хевисайд сығымдалған серіппеге ұқсастықты артық көреді, сондықтан серіппе қасиеттерін білдіретін терминдерді артық көреді. Бұл артықшылық Джеймс Клерк Максвеллдің электр тогы туралы көзқарасын немесе кем дегенде, Хевисайдтің оны түсіндіруін ұстанған Хевисайдтің нәтижесі болды. Осы көзқарас бойынша электр тогы – электр қозғалтқыш күшінің нәтижесінде туындайтын ағын және механикалық күштің нәтижесінде туындайтын жылдамдықтың аналогы. Конденсаторда бұл ток "ығысуға" себеп болады, оның өзгеру жылдамдығы токқа тең. Бұл ығысу электрлік деформация ретінде қарастырылады, бұл сығылған серіппедегі механикалық деформацияға ұқсас. Физикалық зарядтың ағыны жоқ деп есептеледі, сондай-ақ конденсатор пластиналарында зарядтың жиналуы жоққа шығарылады. Бұл пластиналардағы ығысу өрісінің дивергенциясы түсінігімен ауыстырылады, ол заряд ағыны көрінісінде пластиналарда жиналған зарядқа тең. Он тоғызыншы және жиырмасыншы ғасырдың басында кейбір авторлар Хевисайдтің эластанса мен эластичность қолдануын ұстанды. Бүгінде электр инженерлері сыйымдылық пен диэлектрлік тұрақтылықтың өзара шамаларын көбінесе қолданады. Алайда, эластанса теориялық жазушылар тарапынан әлі де қолданылуда. Хевисайдтың осы терминдерді таңдауындағы қосымша ескерту – оларды механикалық терминдерден ажырату. Сондықтан ол серпімділік емес, эластичность таңдады. Бұл механикалық серпімділіктен ажырату үшін электрлік серпімділікті жазу қажеттілігінен аулақ болады. Хевисайд өзінің терминдерін электромагнетизмге ғана тән болу үшін мұқият таңдады, әсіресе механикамен ортақтықтан аулақ болды. Бір қызығы, оның көптеген терминдері кейіннен механикаға және басқа да салаларға ұқсас қасиеттерді атау үшін қайтадан қарыз алынды. Мысалы, кейбір жағдайларда электрлік кедергі мен механикалық кедергілерді ажырату қажет. Эластансаны кейбір авторлар механикаға ұқсас шамаға қайтадан енгізді, бірақ көбінесе қатаңдық термині артықшылыққа ие. Алайда, эластанса сұйықтық динамикасы саласында, әсіресе биомедицина және физиология салаларында ұқсас қасиет үшін кеңінен қолданылады.

Механикалық ұқсастық

Механикалық-электрлік аналогтар екі жүйенің математикалық сипаттамасын салыстыру арқылы құрастырылады. Бірдей түріндегі теңдеулерде бірдей орында кездесетін шамалар аналогтар деп аталады. Мұндай аналогтарды құрудың екі негізгі себебі бар. Біріншісі – электр құбылыстарын көбірек таныс механикалық жүйелер тұрғысынан түсіндіруге мүмкіндік беру. Мысалы, электрлік индуктор, конденсатор, резистор тізбегінің дифференциалдық теңдеулері механикалық масса, серіппе, демпфер жүйесінің теңдеулерімен бірдей болады. Мұндай жағдайларда электрлік домен механикалық доменге түрлендіріледі. Екінші, және маңыздырақ себебі – механикалық және электрлік бөліктері бар жүйені біртұтас жүйе ретінде талдауға мүмкіндік беру. Бұл мехатроника және робототехника салаларында зор пайда келтіреді. Мұндай жағдайларда механикалық домен көбінесе электрлік доменге түрлендіріледі, себебі электрлік домендегі желілік талдау өте жоғары деңгейде дамыған.

Басқа ұқсастықтар

Максвеллдің аналогиясы механикалық және электр жүйелері арасында аналогиялар құрудың жалғыз жолы емес. Мұны істеудің сан алуан тәсілдері бар. Ең көп тараған жүйелердің бірі – мобильділік аналогиясы. Осы аналогияда күш кернеуге емес, токқа сәйкес келеді. Электр кедергісі енді механикалық кедергіге сәйкес келмейді, демек электрлік серпімділік механикалық серпімділікке де сәйкес келмейді.