RLC последователно: затихване и резонанс

1 · Предскажи

Последователна RLC верига съчетава резистор, бобина и кондензатор. Стойността на резистора определя дали приближаването на веригата към крайното ѝ състояние осцилира (подзатихнато) или не (надзатихнато). Прави ли по-голямото съпротивление осцилацията по-вероятна или по-малко вероятна?

• По-голямо съпротивление прави осцилацията по-вероятна.
• Съпротивлението не влияе дали веригата осцилира, само колко бързо се установява.
• По-голямо съпротивление потиска осцилацията — повече съпротивление означава повече разсята енергия на цикъл, затихвайки всяко звънене.

2 · Постановка

1. Отвори настройката RLC последователно и натисни Нулирай. L = 1 H, C = 0.01 F са фиксирани; батерията доставя 10 V.
2. Включи показанията за напрежение на кондензатора и ток през бобината.
3. Задай стойността на резистора за всеки опит и изчисли отношението на затихване ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Събери данни

Скицирай, за всяка стойност на R, дали би очаквал напрежението на кондензатора да прехвърли и звъни (ζ < 1, подзатихнато), да се установи в най-бързото възможно гладко приближаване (ζ = 1, критично затихнато) или да приближава бавно без прехвърляне (ζ > 1, надзатихнато).

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли f₀ = 1/(2π√(LC)) с L = 1 H, C = 0.01 F (същото за всеки опит, понеже не зависи от R), после ζ = R/(2√(L/C)). Сравни и двете с таблицата.
2. Стандартното за тази верига R = 20 Ω дава точно ζ = 1 (критично затихнато) — натисни Пусни на тази стойност и гледай напрежението на кондензатора да приближава 10 V възможно най-бързо, без да прехвърля. Обясни какво би очаквал да видиш вместо това при R = 10 Ω (ζ = 0.5, подзатихнато).

5 · Надгради

1. Критично затихнатите системи (ζ = 1) са ценени в инженерството — например амбарсорите на коли — защото се връщат в равновесие най-бързо, без прехвърляне или подскачане. Обясни защо подзатихнат амбарсор (ζ < 1) би направил возенето неудобно и накъсано.
2. Резонансната честота f₀ = 1/(2π√(LC)) зависи само от L и C, изобщо не от R — R контролира само затихването. Обясни защо RLC верига за радионастройка ползва L и C (не R), за да избере на коя честота на станция да отговаря.

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат