RLC σε σειρά: Απόσβεση και συντονισμός

1 · Πρόβλεψε

Κύκλωμα RLC σειράς συνδυάζει αντιστάτη, πηνίο και πυκνωτή. Η τιμή του αντιστάτη καθορίζει αν η προσέγγιση του κυκλώματος στην τελική του κατάσταση ταλαντώνεται (υποαποσβεννυμένη) ή όχι (υπεραποσβεννυμένη). Κάνει μεγαλύτερη αντίσταση την ταλάντωση πιο πιθανή ή λιγότερο;

• Μεγαλύτερη αντίσταση κάνει την ταλάντωση πιο πιθανή.
• Η αντίσταση δεν επηρεάζει αν το κύκλωμα ταλαντώνεται, μόνο πόσο γρήγορα εγκαθίσταται.
• Μεγαλύτερη αντίσταση καταστέλλει την ταλάντωση — περισσότερη αντίσταση σημαίνει περισσότερη ενέργεια διασκορπισμένη ανά κύκλο, αποσβένοντας κάθε μεταλλικό ήχο.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή rlc-series και πάτησε Επαναφορά. L = 1 H, C = 0.01 F είναι σταθερά· η μπαταρία παρέχει 10 V.
2. Ενεργοποίησε τις ενδείξεις τάσης πυκνωτή και έντασης πηνίου.
3. Ρύθμισε την τιμή αντιστάτη για κάθε δοκιμή και υπολόγισε τον λόγο απόσβεσης ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Συλλογή Δεδομένων

Σκίτσαρε, για κάθε τιμή R, αν θα περίμενες την τάση πυκνωτή να υπερπηδά και να χτυπά (ζ < 1, υποαποσβεννυμένη), να εγκαθίσταται στην ταχύτερη δυνατή ομαλή προσέγγιση (ζ = 1, κριτικά αποσβεννυμένη), ή να πλησιάζει αργά χωρίς υπερπήδηση (ζ > 1, υπεραποσβεννυμένη).

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε f₀ = 1/(2π√(LC)) χρησιμοποιώντας L = 1 H, C = 0.01 F (ίδιο για κάθε δοκιμή, αφού δεν εξαρτάται από το R), μετά ζ = R/(2√(L/C)). Σύγκρινε και τα δύο με τον πίνακα.
2. Η προεπιλογή R = 20 Ω αυτού του κυκλώματος δίνει ακριβώς ζ = 1 (κριτικά αποσβεννυμένη) — πάτησε Αναπαραγωγή σε αυτή την τιμή και δες την τάση πυκνωτή να πλησιάζει τα 10 V όσο το δυνατόν ταχύτερα χωρίς υπερπήδηση. Εξήγησε τι θα περίμενες να δεις αντίθετα στο R = 10 Ω (ζ = 0.5, υποαποσβεννυμένη).

5 · Επέκταση

1. Κριτικά αποσβεννυμένα συστήματα (ζ = 1) εκτιμώνται στη μηχανική — όπως οι αποσβεστήρες αυτοκινήτου — επειδή επιστρέφουν στην ισορροπία ταχύτερα χωρίς καμία υπερπήδηση ή αναπήδηση. Εξήγησε γιατί υποαποσβεννυμένος αποσβεστήρας (ζ < 1) θα έκανε άνετη, αναπηδώντας διαδρομή.
2. Η συχνότητα συντονισμού f₀ = 1/(2π√(LC)) εξαρτάται μόνο από L και C, καθόλου από R — το R ελέγχει μόνο την απόσβεση. Εξήγησε γιατί κύκλωμα συντονισμού ραδιοφώνου RLC χρησιμοποιεί L και C (όχι R) για να επιλέξει σε ποια συχνότητα σταθμού αποκρίνεται.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής