سعة تيار RLC عبر الترددات (مرتبط بالدوائر)
1 · توقّع
تستخدم هذه التجربة قيم R وL وC نفسها بالضبط كتجربة rlc-series في الدوائر، لكن منظورة هنا مسألة أطوار/تيار متناوب لا حالة عابرة عند المفتاح. وأنت تمسح تردد الإثارة بعيدًا عن الرنين في أي اتجاه، فهل تنقص سعة التيار دائمًا؟
- نعم — الابتعاد عن الرنين في أي اتجاه (ω أعلى أو أدنى) ينقص سعة التيار، إذ ترتفع الممانعة على الجانبين.
- سعة التيار تنقص فقط فوق الرنين.
- سعة التيار تنقص فقط تحت الرنين.
2 · التجهيز
- افتح مسبق RLC في الدوائر واضغط إعادة الضبط. R = 20 Ω و L = 1 H و C = 0.01 F و V₀ = 10 V — مطابقة لعناصر تجربة دوائر RLC المتوالية.
- فعّل قراءة سعة التيار.
- اضبط التردد الزاوي للقيادة لكل محاولة (كمضاعف لـ ω₀ = 10 rad/s) وسجل سعة التيار القصوى.
3 · اجمع البيانات
| تردد الإثارة ω (rad/s) | سعة التيار العظمى I_peak (A) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
ارسم التيار الأعظمي I_peak (المحور y) مقابل تردد الإثارة ω (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل تقع الذروة عند ω₀ بالضبط؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب Z = √(R² + (ωL − 1/(ωC))²) باستخدام R = 20 Ω و L = 1 H و C = 0.01 F، ثم I_peak = V₀/Z باستخدام V₀ = 10 V. قارن بالجدول.
- تأكد أن تجربتيك خارج الرنين (تحت ω₀ وفوقه) تعطيان سعة تيار متساوية عند تباعد متساوٍ عن الرنين في هذه الحالة الخاصة. اشرح لماذا تبلغ سعة التيار ذروتها عند ω₀ بالضبط وتهبط تناظريًا على مقياس لوغاريتمي للتردد.
5 · وسّع
- تعرض تجربة rlc-series في الدوائر استجابة الخطوة للأجهزة نفسها (حالة عابرة عند التشغيل) لبطارية 10 V ثابتة، لا إثارة جيبية. اشرح لماذا «الممانعة» و«الرنين» مفهومان للحالة المستقرة بالتيار المتناوب لا ينطبقان مباشرة على سيناريو تشغيل التيار المستمر ذاك.
- يصف «معامل الجودة» Q = ω₀L/R للدائرة مدى حدة هبوط سعة التيار بعيدًا عن الرنين. باستخدام R = 20 Ω و L = 1 H و ω₀ = 10 rad/s لهذه الدائرة، احسب Q واشرح هل لهذه الدائرة قمة رنين حادة أم عريضة.