Sarjan RLC: vaimennus ja resonanssi

1 · Ennusta

Sarjan RLC-piiri yhdistää vastuksen, kelan ja kondensaattorin. Vastuksen arvo määrää, värähteleekö piirin lähestymistä lopputilaansa (alivaimennettu) vai ei (ylivaimennettu). Tekeekö suurempi resistanssi värähtelystä todennäköisemmän tai epätodennäköisemmän?

• Suurempi resistanssi tekee värähtelystä todennäköisemmän.
• Resistanssi ei vaikuta siihen, värähteleekö piiri, vain siihen, kuinka nopeasti se asettuu.
• Suurempi resistanssi tukahduttaa värähtelyn – enemmän resistanssia tarkoittaa enemmän energiaa haihdutettuna per sykli, vaimentaen kaiken kilkutuksen.

2 · Kokoa

1. Avaa sarjan RLC -esiasetus ja paina Nollaa. L = 1 H, C = 0.01 F ovat kiinteät; paristo toimittaa 10 V.
2. Ota käyttöön kondensaattorin jännitteen ja kelan virran lukemat.
3. Aseta vastuksen arvo jokaiselle suoritukselle ja laske vaimennussuhde ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Kerää data

Hahmottele kullekin R-arvolle, odottaisitko kondensaattorin jännitteen ylittävän ja kilkuttavan (ζ < 1, alivaimennettu), asettuvan mahdollisimman nopeasti tasaisesti (ζ = 1, kriittisesti vaimennettu) vai lähestyvän hitaasti ilman ylitystä (ζ > 1, ylivaimennettu).

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske f₀ = 1/(2π√(LC)) arvoilla L = 1 H, C = 0.01 F (sama jokaiselle suoritukselle, koska se ei riipu R:stä), sitten ζ = R/(2√(L/C)). Vertaa molempia taulukkoon.
2. Tämän piirin oletus R = 20 Ω antaa täsmälleen ζ = 1 (kriittisesti vaimennettu) – paina Toista tuolla arvolla ja katsele kondensaattorin jännitteen lähestyvän arvoa 10 V mahdollisimman nopeasti ilman ylitystä. Selitä, mitä odottaisit näkeväsi sen sijaan kohdassa R = 10 Ω (ζ = 0.5, alivaimennettu).

5 · Laajenna

1. Kriittisesti vaimennetut järjestelmät (ζ = 1) ovat arvostettuja tekniikassa – esimerkiksi auton iskunvaimentimet – koska ne palaavat tasapainoon nopeimmin ilman ylitystä tai pomppimista. Selitä, miksi alivaimennettu iskunvaimennin (ζ < 1) tekisi ajosta epämukavan, pomppivan.
2. Resonanssitaajuus f₀ = 1/(2π√(LC)) riippuu vain L:stä ja C:stä, ei lainkaan R:stä – R kontrolloi vain vaimennusta. Selitä, miksi RLC-radioviritinpiiri käyttää L:tä ja C:tä (ei R:ää) valitakseen, minkä aseman taajuuteen se vastaa.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia