شكل موجة تيار RLC بعيدًا عن الرنين

1 · توقّع

هذه الدائرة RLC مُثارة خارج الرنين (عند نصف تردده الرنين)، فيتخلف تيارها أو يتقدم عن جهد الإثارة بزاوية طور ثابتة. هل ما يزال التيار اللحظي يتذبذب جيبيًا عند تردد الإثارة نفسه؟

• لا — يتذبذب التيار عند تردد مختلف عن الإثارة.
• نعم — يتذبذب التيار عند تردد الإثارة بالضبط، مزاح الطور فقط نسبة إلى الجهد.
• التيار ليس جيبيًا أصلًا في الحالة المستقرة.

2 · التجهيز

1. افتح مسبق RLC خارج الرنين واضغط إعادة الضبط. R = 20 Ω و L = 1 H و C = 0.01 F، قيادة ω = 5 rad/s (نصف ω₀ الرنانة = 10 rad/s)، V₀ = 10 V.
2. فعّل قراءة التيار اللحظي.
3. اقرأ التيار اللحظي عند كل زمن مدرج.

3 · اجمع البيانات

ارسم التيار i(t) (المحور y) مقابل الزمن t (المحور x) لقراءاتك الثلاث، وارسم دورة كاملة لتُظهر التخلف الطوري نسبة إلى موجة جيبية متزامنة مع جهد الإثارة.

4 · حلّل

1. احسب أولًا Z = √(R² + X²) و φ = atan2(X, R) مع X = ωL − 1/(ωC)، باستخدام R = 20 Ω و L = 1 H و C = 0.01 F و ω = 5 rad/s (معطيًا Z = 25 Ω و φ ≈ −0.64 rad). ثم احسب i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) باستخدام V₀ = 10 V. قارن بالجدول.
2. زاوية الطور هنا سالبة، أي أن الدائرة يهيمن عليها المكثف عند هذا التردد (دون الرنين). اشرح ماذا تعني φ السالبة لتقدم التيار على جهد الإثارة أو تخلفه.

5 · وسّع

1. سعة التيار هنا (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) أصغر مما ستكون عليه عند الرنين تمامًا (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). اشرح لماذا قيادة دائرة RLC خارج الرنين تنتج دائمًا سعة تيار أصغر من قيادتها عند الرنين.
2. لأن الترددات خارج الرنين تنتج سعات تيار أصغر، تعمل دائرة RLC مرشح ترددات طبيعيًا. اشرح لماذا تستجيب هذه الدائرة استجابة ضعيفة لإشارة عالية التردد جدًا أو منخفضة التردد جدًا ممزوجة بترددها الرنين.

← عودة إلى التجربة

138 ورقة عمل فيزياء مجانية قابلة للطباعة