RLC-strømform væk fra resonans

1 · Forudsig

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?

2 · Opsætning

  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.

3 · Saml data

Tid t (s)Momentan strøm i(t) (A)
0.10
0.30
0.60

Afbild strøm i(t) (y-aksen) mod tid t (x-aksen) for dine tre aflæsninger, og skitsér én hel cyklus for at vise faseefterløbet i forhold til en sinusbølge i fase med spændingen.

4 · Analysér

  1. 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.
  2. 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.

5 · Udvid

  1. 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.
  2. 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.

← Tilbage til eksperimentet

Elektromagnetisme

138 gratis printbare fysik-labark