Κυματοειδές έντασης RLC μακριά από τον συντονισμό

1 · Πρόβλεψε

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;

• 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.

2 · Διάταξη

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.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το ρεύμα i(t) (άξονας y) έναντι του χρόνου t (άξονας x) για τις τρεις αναγνώσεις σου, και σκίτσαρε πλήρη κύκλο για να δείξεις την υστέρηση φάσης σε σχέση με ημιτονοειδές κύμα σε φάση με την τάση διέγερσης.

4 · Ανάλυση

1. 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.
2. 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.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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.

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής