Forma d'ona del corrent RLC fora de ressonància

1 · Prediu

Aquest circuit RLC s'excita fora de ressonància (a la meitat de la seva freqüència ressonant), de manera que el corrent va endarrerit o avançat respecte de la tensió d'excitació per un angle de fase fix. Encara oscil·la el corrent instantani sinusoidalment a la mateixa freqüència que l'excitació?

• No: el corrent oscil·la a una freqüència diferent de l'excitació.
• Sí: el corrent oscil·la exactament a la freqüència d'excitació, només desplaçat de fase respecte de la tensió.
• El corrent no és gens sinusoidal en règim estacionari.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «Forma d'ona del corrent RLC fora de ressonància» i prem Restableix. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, excitació ω = 5 rad/s (la meitat de la ω₀ = 10 rad/s ressonant), V₀ = 10 V.
2. Activa la lectura de corrent instantani.
3. Llegeix el corrent instantani a cada temps llistat.

3 · Recull dades

Representa el corrent i(t) (eix y) contra el temps t (eix x) per a les tres lectures, i esbossa un cicle complet mostrant el retard de fase relatiu a una ona sinusoidal en fase amb la tensió d'excitació.

4 · Analitza

1. Primer calcula Z = √(R² + X²) i φ = atan2(X, R) amb X = ωL − 1/(ωC), amb R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (donant Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Després calcula i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) amb V₀ = 10 V. Compara-ho amb la taula.
2. L'angle de fase aquí és negatiu, cosa que vol dir que el circuit està dominat pel condensador en aquesta freqüència (per sota de la ressonància). Explica què vol dir un φ negatiu sobre si el corrent avança o va endarrerit respecte de la tensió d'excitació.

5 · Amplia

1. L'amplitud de corrent aquí (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) és més petita que la que seria exactament a la ressonància (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Explica per què excitar un circuit RLC fora de ressonància dóna sempre una amplitud de corrent més petita que excitar-lo a la ressonància.
2. Com que les freqüències fora de ressonància produeixen amplituds de corrent més petites, un circuit RLC actua de filtre natural de freqüències. Explica per què aquest circuit respondria feblement a un senyal de freqüència molt alta o molt baixa barrejat amb la seva freqüència ressonant.

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles