Strujni krugovi

Serijski RLC

R, L i C u seriji — kondenzator se smiruje na izvor

Serijski RLC — interaktivna simulacija: Strujni krugovi. R, L i C u seriji — kondenzator se smiruje na izvor Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Prijelazna pojava serijskog RLC

R, L i C u seriji daju prigušenu prijelaznu pojavu prema stacionarnom stanju.

Energija se izmjenjuje između kondenzatora i zavojnice dok otpornik rasipa energiju.

• ω₀ = 1/√(LC)
• Prigušenje od R

Sažetak istraživanja

Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij

Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.

Središnje pitanje

Serijski RLC krug spaja otpornik, zavojnicu i kondenzator. Vrijednost otpornika određuje oscilira li prilaz kruga konačnom stanju (podprigušeno) ili ne (nadm prigušeno). Čini li veći otpor oscilaciju vjerojatnijom ili manje vjerojatnom?

Predviđanja za odvagnuti

• Veći otpor čini oscilaciju vjerojatnijom.
• Otpor ne utječe na to oscilira li krug, samo koliko brzo se smiruje.
• Veći otpor guši oscilaciju — više otpora znači više energije disipirane po ciklusu, prigušujući svako zvonjenje.

Uloge varijabli

Što postavljaš:

• Otpor R (Ω)

Što mjeriš:

• Rezonantna frekvencija f₀ (Hz)
• Omjer prigušenja ζ

Kako istraživanje teče

1. Otvori postav rlc-series i pritisni Resetiraj. L = 1 H, C = 0.01 F fiksni; baterija daje 10 V.
2. Omogući očitanja napona kondenzatora i struje zavojnice.
3. Postavi vrijednost otpornika za svaki pokušaj i izračunaj omjer prigušenja ζ = R / (2√(L/C)).

Odgovarajuća jednadžba

Rezonantna frekvencija RLC — f₀ = 1 / (2π·√(L·C))

Prirodna frekvencija oscilacije serijskog RLC kruga je f₀ = 1/(2π√(LC)), postavljena u cijelosti induktivitetom i kapacitetom. Otpor R ne pomiče tu frekvenciju — samo upravlja koliko se jako svaka oscilacija prigušuje.

Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade

• Za jedan pokušaj izračunaj f₀ = 1/(2π√(LC)) koristeći L = 1 H, C = 0.01 F (isto za svaki pokušaj, jer ne ovisi o R), zatim ζ = R/(2√(L/C)). Usporedi oba s tablicom.
• Zadani R ovog kruga = 20 Ω daje točno ζ = 1 (kritično prigušeno) — pritisni Pokreni na toj vrijednosti i gledaj kako napon kondenzatora prilazi 10 V najbrže moguće bez preleta. Objasni što bi očekivao vidjeti umjesto toga pri R = 10 Ω (ζ = 0.5, podprigušeno).

Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija

• Kritično prigušeni sustavi (ζ = 1) cijenjeni su u inženjerstvu — na primjer amortizeri automobila — jer se vraćaju u ravnotežu najbrže bez preleta ili poskakivanja. Objasni zašto bi podprigušeni amortizer (ζ < 1) dao neudobnu, poskakujuću vožnju.
• Rezonantna frekvencija f₀ = 1/(2π√(LC)) ovisi samo o L i C, uopće ne o R — R samo upravlja prigušenjem. Objasni zašto RLC krug za štimanje radija koristi L i C (ne R) za odabir frekvencije stanice na koju odgovara.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Dobro došli u RLC u seriji
2. Pritisni Pokreni
3. Odaberi kondenzator
4. Promatraj prijelaznu pojavu
5. Otvori ploču Svojstva
6. Uspjelo ti je!

Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Otvori interaktivni laboratorij →

Preuzmi radni list →

Punjenje kondenzatora i vremenske konstante