Sériový RLC: tlumení a rezonance

1 · Predikuj

Sériový RLC obvod kombinuje rezistor, cívku a kondenzátor. Hodnota rezistoru určuje, zda přibližování obvodu k finálnímu stavu osciluje (podtlumené), nebo ne (přetlumené). Dělá větší odpor oscilaci pravděpodobnější, nebo méně?

• Větší odpor dělá oscilaci pravděpodobnější.
• Odpor neovlivňuje, zda obvod osciluje, jen jak rychle se usadí.
• Větší odpor potlačuje oscilaci — víc odporu znamená víc disipované energie za cyklus a tlumí jakékoli vyzvánění.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu rlc-series a stiskni Resetovat. L = 1 H, C = 0.01 F jsou pevné; baterie dodává 10 V.
2. Zapni odečty napětí kondenzátoru a proudu cívkou.
3. Nastav hodnotu rezistoru pro každý pokus a spočti činitel tlumení ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Sbírej data

Načrtni pro každou hodnotu R, zda bys čekal, že napětí kondenzátoru přestřelí a vyzvánívá (ζ < 1, podtlumené), usadí se nejrychlejším možným hladkým přiblížením (ζ = 1, kriticky tlumené), nebo se přibližuje pomalu bez přestřelení (ζ > 1, přetlumené).

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti f₀ = 1/(2π√(LC)) s L = 1 H, C = 0.01 F (stejné pro každý pokus, protože nezávisí na R), pak ζ = R/(2√(L/C)). Porovnej obě s tabulkou.
2. Výchozí R = 20 Ω tohoto obvodu dává přesně ζ = 1 (kriticky tlumené) — stiskni Spustit na této hodnotě a sleduj, jak napětí kondenzátoru přibližuje 10 V nejrychleji možné bez přestřelení. Vysvětli, co bys čekal vidět místo toho při R = 10 Ω (ζ = 0.5, podtlumené).

5 · Rozšiř

1. Kriticky tlumené soustavy (ζ = 1) jsou v inženýrství ceněné — tlumiče aut například — protože se vracejí do rovnováhy nejrychleji bez přestřelení nebo poskakování. Vysvětli, proč podtlumený tlumič (ζ < 1) by dal nepohodlnou, skáčivou jízdu.
2. Rezonanční frekvence f₀ = 1/(2π√(LC)) závisí jen na L a C, vůbec ne na R — R řídí jen tlumení. Vysvětli, proč ladící obvod RLC rádia používá L a C (ne R) k výběru, na jejíž frekvenci stanice odpovídá.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky