Elektromagnetisme

RLC uden for resonans

Denne forudstilling driver under resonans: den kapacitive reaktans dominerer, så strømmen løber foran spændingen (φ < 0).

RLC uden for resonans — interaktiv Elektromagnetisme-simulation. Denne forudstilling driver under resonans: den kapacitive reaktans dominerer, så strømmen løber foran spændingen (φ < 0). Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Impedans uden for resonans

Under resonans går kapacitiv strøm foran spændingen (φ < 0).

Denne forudstilling driver under resonans: kapacitiv reaktans dominerer, så strømmen går foran spændingen (φ < 0).

• Z > R uden for resonans
• φ ≠ 0

Undersøgelsesoplæg

Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet

Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.

Drivende spørgsmål

Denne RLC-kreds drives uden for resonans (ved halvdelen af sin resonansfrekvens), så dens strøm halter efter eller løber i forvejen for spændingen med en fast fasevinkel. Svinger den øjeblikkelige strøm stadig sinusformet ved samme frekvens som driveren?

Forudsigelser at afveje

• Nej — strømmen svinger med en anden frekvens end driveren.
• Ja — strømmen svinger ved præcis driverfrekvensen, blot faseskiftet i forhold til spændingen.
• Strømmen er slet ikke sinusformet i stationær tilstand.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Tid t (s)

Det, du måler:

• Momentan strøm i(t) (A)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen rlc-off-resonance, og tryk på Nulstil. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, driverens ω = 5 rad/s (halvdelen af resonansens ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Slå aflæsningen af øjeblikkelig strøm til.
3. Aflæs den øjeblikkelige strøm ved hvert anført tidspunkt.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn først Z = √(R² + X²) og φ = atan2(X, R) med X = ωL − 1/(ωC), med R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (hvilket giver Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Beregn derefter i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) med V₀ = 10 V. Sammenlign med tabellen.
• Fasevinklen her er negativ, hvilket betyder, at kredsen er kondensatordomineret ved denne frekvens (under resonans). Forklar, hvad en negativ φ betyder for, om strømmen løber i forvejen for eller halter efter spændingen.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Strømamplituden her (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) er mindre, end den ville være præcis ved resonans (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Forklar, hvorfor drivning af en RLC-kreds uden for resonans altid giver en mindre strømamplitude end drivning ved resonans.
• Fordi frekvenser uden for resonans giver mindre strømamplituder, fungerer en RLC-kreds som et naturligt frekvensfilter. Forklar, hvorfor denne kreds ville reagere svagt på et signal med meget høj eller meget lav frekvens blandet med sin resonansfrekvens.

• AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 13: Electromagnetic Induction
• IB Physics — D.4 Induction
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Velkommen til RLC uden for resonans
2. Vælg RLC-kredsen
3. Tryk på Afspil
4. Over eller under resonans
5. Åbn egenskabspanelet
6. Du klarede det!

Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.

Åbn interaktivt laboratorium →

Download labark →

Vekselstrømskredse og resonans