Ηλεκτρομαγνητισμός

RLC εκτός συντονισμού

Αυτή η προεπιλογή οδηγεί κάτω από τον συντονισμό: υπερισχύει η χωρητική αντιδραστική αντίσταση, άρα η ένταση προηγείται της τάσης (φ < 0).

RLC εκτός συντονισμού — διαδραστική προσομοίωση Ηλεκτρομαγνητισμός. Αυτή η προεπιλογή οδηγεί κάτω από τον συντονισμό: υπερισχύει η χωρητική αντιδραστική αντίσταση, άρα η ένταση προηγείται της τάσης (φ < 0). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Impedance εκτός συντονισμού

Κάτω από τον συντονισμό, η χωρητική ένταση προηγείται της τάσης (φ < 0).

Αυτή η προεπιλογή διεγείρει κάτω από τον συντονισμό: η χωρητική αντίδραση κυριαρχεί, ώστε η ένταση προηγείται της τάσης (φ < 0).

• Z > R εκτός συντονισμού
• φ ≠ 0

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Αυτό το κύκλωμα RLC διεγείρεται εκτός συντονισμού (στο μισό της συχνότητας συντονισμού του), ώστε η έντασή του υστερεί ή προηγείται της διεγέρουσας τάσης κατά σταθερή γωνία φάσης. Ταλαντώνεται το στιγμιαίο ρεύμα ακόμη ημιτονοειδώς στην ίδια συχνότητα με τη διέγερση;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Όχι — το ρεύμα ταλαντώνεται σε διαφορετική συχνότητα από τη διέγερση.
• Ναι — το ρεύμα ταλαντώνεται στην ακριβή συχνότητα διέγερσης, απλώς μετατοπισμένο σε φάση σε σχέση με την τάση.
• Το ρεύμα δεν είναι καθόλου ημιτονοειδές σε μόνιμη κατάσταση.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Χρόνος t (s)

Τι μετράς:

• Στιγμιαία ένταση i(t) (A)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή rlc-off-resonance και πάτησε Επαναφορά. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, διέγερση ω = 5 rad/s (μισό του συντονισμού ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη στιγμιαίου ρεύματος.
3. Διάβασε το στιγμιαίο ρεύμα σε κάθε αναφερόμενο χρόνο.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Πρώτα υπολόγισε Z = √(R² + X²) και φ = atan2(X, R) με X = ωL − 1/(ωC), χρησιμοποιώντας R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (δίνοντας Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Μετά υπολόγισε i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) χρησιμοποιώντας V₀ = 10 V. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Η γωνία φάσης εδώ είναι αρνητική, σημαίνοντας ότι το κύκλωμα κυριαρχείται από πυκνωτή σε αυτή τη συχνότητα (κάτω από τον συντονισμό). Εξήγησε τι σημαίνει αρνητική φ για το αν το ρεύμα προηγείται ή υστερεί της διεγέρουσας τάσης.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Το πλάτος ρεύματος εδώ (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) είναι μικρότερο από ό,τι θα ήταν ακριβώς στον συντονισμό (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Εξήγησε γιατί η διέγερση κυκλώματος RLC εκτός συντονισμού πάντα έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο πλάτος ρεύματος από τη διέγερση στον συντονισμό.
• Επειδή οι συχνότητες εκτός συντονισμού παράγουν μικρότερα πλάτη ρεύματος, ένα κύκλωμα RLC λειτουργεί ως φυσικό φίλτρο συχνότητας. Εξήγησε γιατί αυτό το κύκλωμα θα αποκρινόταν αδύναμα σε πολύ υψηλής ή πολύ χαμηλής συχνότητας σήμα αναμεμειγμένο με τη συχνότητα συντονισμού του.

• 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. Καλώς όρισες στο RLC εκτός συντονισμού
2. Επίλεξε το κύκλωμα RLC
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Πάνω ή κάτω από τον συντονισμό
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Κυκλώματα AC και συντονισμός