Serija RLC: prigušenje i rezonancija

1 · Predviđanje

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?

• 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.

2 · Postava

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)).

3 · Prikupljanje podataka

Skiciraj, za svaku vrijednost R, očekuješ li da napon kondenzatora preleti i zvoni (ζ < 1, podprigušeno), smiri se u najbržem mogućem glatkom prilazu (ζ = 1, kritično prigušeno) ili prilazi sporo bez preleta (ζ > 1, nadm prigušeno).

4 · Analiza

1. 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.
2. 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).

5 · Proširenje

1. 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.
2. 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.

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis