RLC-virta-aaltomuoto resonanssin ulkopuolella

1 · Ennusta

Tätä RLC-piiriä ajetaan resonanssin ulkopuolella (puolella sen resonanssitaajuudesta), joten sen virta jäljittää tai johtaa ajojännitettä kiinteällä vaihekulmalla. Värähtelee hetkellinen virta silti sinimuontoisesti samalla taajuudella kuin ajo?

2 · Kokoa

  1. Avaa RLC resonanssin ulkopuolella -esiasetus ja paina Nollaa. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ajo ω = 5 rad/s (puolet resonanssin ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
  2. Ota käyttöön hetkellisen virran lukema.
  3. Lue hetkellinen virta jokaisena listattuna ajankohtana.

3 · Kerää data

Aika t (s)Hetkellinen virta i(t) (A)
0.10
0.30
0.60

Kuvaa virta i(t) (y-akseli) aikaa t vasten (x-akseli) kolmelle lukemallesi ja hahmottele täysi sykli osoittaaksesi vaihejäljen suhteessa siniaaltoon, joka on vaiheessa ajov jännitteen kanssa.

4 · Analysoi

  1. Laske ensin Z = √(R² + X²) ja φ = atan2(X, R) arvolla X = ωL − 1/(ωC), käyttäen R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (antaen Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Laske sitten i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) arvolla V₀ = 10 V. Vertaa taulukkoon.
  2. Vaihekulma tässä on negatiivinen, mikä tarkoittaa, että piiriä hallitsee kondensaattori tällä taajuudella (resonanssin alapuolella). Selitä, mitä negatiivinen φ tarkoittaa sille, johtaako vai jäljittääkö virta ajojännitettä.

5 · Laajenna

  1. Virran amplitudi tässä (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) on pienempi kuin se olisi täsmälleen resonanssissa (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Selitä, miksi RLC-piirin ajaminen resonanssin ulkopuolella tuottaa aina pienemmän virran amplitudin kuin sen ajaminen resonanssissa.
  2. Koska resonanssin ulkopuoliset taajuudet tuottavat pienempiä virran amplitudeja, RLC-piiri toimii luonnollisena taajuussuodattimena. Selitä, miksi tämä piiri vastaisi heikosti erittäin korkeataajuiselle tai erittäin matalataajuiselle signaalille, joka on sekoitettu sen resonanssitaajuuteen.

← Takaisin kokeeseen

Sähkömagnetismi

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia