RLC en sèrie: amortiment i ressonància

1 · Prediu

Un circuit RLC en sèrie combina resistència, inductor i condensador. El valor de la resistència determina si l'apropament del circuit al seu estat final oscil·la (subamortit) o no (sobre-amortit). Una resistència més gran fa l'oscil·lació més o menys probable?

• Una resistència més gran fa l'oscil·lació més probable.
• La resistència no afecta si el circuit oscil·la, només com de ràpid s'assenta.
• Una resistència més gran suprimeix l'oscil·lació: més resistència significa més energia dissipada per cicle, amortint qualsevol ressò.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «RLC en sèrie» i prem Restableix. L = 1 H, C = 0.01 F són fixos; la bateria subministra 10 V.
2. Activa les lectures de tensió del condensador i corrent de l'inductor.
3. Defineix el valor de la resistència per a cada prova i calcula la relació d'amortiment ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Recull dades

Esbossa, per a cada valor de R, si esperaries que la tensió del condensador sobrepassés i ressònés (ζ < 1, subamortida), s'assentés amb l'apropament suau més ràpid possible (ζ = 1, críticament amortida) o s'acostés a poc a poc sense sobrepassar (ζ > 1, sobre-amortida).

4 · Analitza

1. Per a una prova, calcula f₀ = 1/(2π√(LC)) amb L = 1 H, C = 0.01 F (igual a cada prova, perquè no depèn de R), i després ζ = R/(2√(L/C)). Compara totes dues amb la taula.
2. El R per defecte d'aquest circuit, 20 Ω, dóna exactament ζ = 1 (críticament amortit): prem Reprodueix en aquell valor i mira la tensió del condensador acostar-se a 10 V tan de pressa com es pot sense sobrepassar. Explica què esperaries veure en canvi a R = 10 Ω (ζ = 0.5, subamortit).

5 · Amplia

1. Els sistemes críticament amortits (ζ = 1) s'aprecien en enginyeria — els amortidors de cotxe, per exemple — perquè tornen a l'equilibri el més ràpid possible sense cap sobrepassament ni rebot. Explica per què un amortidor subamortit (ζ < 1) faria un viatge incòmode i reboteglar.
2. La freqüència ressonant f₀ = 1/(2π√(LC)) depèn només de L i C, gens de R — R només controla l'amortiment. Explica per què un circuit RLC de sintonització de ràdio fa servir L i C (no R) per triar a quina freqüència d'emissora respon.

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles