Valni oblik struje RLC izvan rezonancije

1 · Predviđanje

Ovaj RLC krug pobuđen je izvan rezonancije (na pola rezonantne frekvencije), pa njegova struja zaostaje ili prednjači pobudnom naponu za fiksan fazni kut. Oscilira li trenutačna struja i dalje sinusoidalno istom frekvencijom kao pobuda?

• Ne — struja oscilira drugačijom frekvencijom od pobude.
• Da — struja oscilira točno na frekvenciji pobude, samo fazno pomaknuta u odnosu na napon.
• Struja uopće nije sinusoidalna u stabilnom stanju.

2 · Postava

1. Otvori postav rlc-off-resonance i pritisni Resetiraj. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, pobuda ω = 5 rad/s (pola rezonantnog ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Omogući očitanje trenutačne struje.
3. Očitaj trenutačnu struju pri svakom navedenom vremenu.

3 · Prikupljanje podataka

Nacrtaj struju i(t) (y-os) naspram vremena t (x-os) za svoja tri očitanja i skiciraj pun ciklus za prikaz faznog zaostatka u odnosu na sinusni val u fazi s pobudnim naponom.

4 · Analiza

1. Prvo izračunaj Z = √(R² + X²) i φ = atan2(X, R) s X = ωL − 1/(ωC), koristeći R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (dajući Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Zatim izračunaj i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) koristeći V₀ = 10 V. Usporedi s tablicom.
2. Fazni kut ovdje je negativan, što znači da krugom dominira kondenzator na ovoj frekvenciji (ispod rezonancije). Objasni što negativan φ znači za to prednjači li ili zaostaje struja za pobudnim naponom.

5 · Proširenje

1. Amplituda struje ovdje (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) manja je nego što bi bila točno pri rezonanciji (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Objasni zašto pobuđivanje RLC kruga izvan rezonancije uvijek daje manju amplitudu struje nego pobuđivanje pri rezonanciji.
2. Budući da frekvencije izvan rezonancije daju manje amplitude struje, RLC krug djeluje kao prirodni filtar frekvencija. Objasni zašto bi ovaj krug slabo odgovarao na vrlo visokofrekventni ili vrlo niskofrekventni signal pomiješan s njegovom rezonantnom frekvencijom.

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis