Impedansi RLC vs. Frekuensi Penggerak: Menemukan Resonansi
1 · Memprediksi
Rangkaian RLC seri digerakkan oleh sumber AC dengan frekuensi yang bervariasi. Apakah perlawanan total rangkaian terhadap arus (impedansi) mencapai minimum pada frekuensi tertentu?
- Impedansi mencapai maksimum pada frekuensi tertentu.
- Impedansi tidak bergantung pada frekuensi penggerak.
- Ya — impedansi mencapai minimum (sama dengan R saja) pada frekuensi resonansi ω₀ = 1/√(LC).
2 · Pengaturan
- Buka preset rlc-resonance dan tekan Reset. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F adalah tetap (sama seperti percobaan rangkaian rlc-series yang ditautkan).
- Aktifkan pembacaan impedansi dan sudut fase.
- Tetapkan frekuensi sudut penggerak untuk setiap percobaan (sebagai kelipatan ω₀ = 1/√(LC) = 10 rad/s) dan catat impedansinya.
3 · Kumpulkan Data
| Frekuensi penggerak ω (rad/s) | Sudut fase φ (rad) | Impedansi Z (Ω) |
|---|---|---|
| 5.00 | ||
| 10.00 | ||
| 15.00 |
Plot impedansi Z (sumbu y) terhadap frekuensi penggerak ω (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Di mana minimalnya?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung reaktansi X = ωL − 1/(ωC), lalu Z = √(R² + X²) dan φ = atan2(X, R), menggunakan R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F. Bandingkan keduanya dengan tabel.
- Pada ω = ω₀ = 10 rad/s, pastikan Z = R tepat dan φ = 0. Jelaskan mengapa reaktansi induktif ωL dan reaktansi kapasitif 1/(ωC) saling meniadakan tepat pada resonansi, sehingga hanya menyisakan hambatan dari resistor.
5 · Perluas
- Tuner radio pada dasarnya adalah sirkuit RLC yang frekuensi resonansinya Anda sesuaikan (biasanya melalui kapasitor variabel) agar sesuai dengan frekuensi siaran stasiun, di mana impedansi turun dan arus — serta sinyal — mencapai puncaknya. Jelaskan mengapa stasiun di frekuensi lain malah ditekan.
- Sudut fase φ negatif di bawah resonansi dan positif di atasnya. Jelaskan dengan menggunakan rumus reaktansi X = ωL − 1/(ωC), mengapa frekuensi rendah membuat kapasitor mendominasi (X negatif) sedangkan frekuensi tinggi membuat induktor mendominasi (X positif).