電磁気学
共振時の RLC
ω が ω₀ = 1/√(LC) と一致すると、Z は最小、I は最大になります。I(t) をグラフに表示します。
共振時の RLC — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。ω が ω₀ = 1/√(LC) と一致すると、Z は最小、I は最大になります。I(t) をグラフに表示します。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
RLC共鳴
ω が ω₀ = 1/√(LC) と一致すると、Z は最小、I は最大になります。I(t) をグラフ表示します。
共鳴時 ω = ω₀ = 1/√(LC) では、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスが打ち消し合うため、インピーダンス Z は最小、電流 I は最大になります。再生を押すと I(t) がグラフ表示されます。プロパティパネルで Z と位相を読み取ってください。ラジオの同調や MRI コイルは、この鋭い電流ピークを利用しています。
- ω₀ = 1/√(LC)
- 共鳴時にZ最小
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
直列RLC回路を振動数可変の交流源で駆動します。電流への全抵抗（インピーダンス）は特定振動数で最小になるでしょうか？
検討する予測
- インピーダンスはある振動数で最大になります。
- インピーダンスは駆動振動数に依存しません。
- はい。共鳴振動数 ω₀ = 1/√(LC) でインピーダンスは最小（Rだけ）です。
可変的な役割
設定するもの：
- 駆動振動数 ω (rad/s)
測定するもの：
- 位相角 φ (rad)
- インピーダンス Z (Ω)
実験の進め方
- rlc-resonance プリセットを開いて Reset を押します。R = 20 Ω、L = 1 H、C = 0.01 F は固定です。
- インピーダンスと位相角の読み出しを有効にします。
- 各試行で駆動角振動数を ω₀ = 1/√(LC) = 10 rad/s の倍数として設定し、インピーダンスを記録します。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- X = ωL − 1/(ωC)、Z = √(R² + X²)、φ = atan2(X, R) を R = 20 Ω、L = 1 H、C = 0.01 F で計算し、表と比較します。
- ω = ω₀ = 10 rad/s で Z = R、φ = 0 を確認します。共鳴で誘導リアクタンス ωL と容量リアクタンス 1/(ωC) が相殺し、抵抗だけが残る理由を説明します。
実験以外での活用
- ラジオチューナーは可変コンデンサーで共鳴振動数を放送振動数に合わせるRLC回路です。共鳴でインピーダンスが下がり電流・信号が最大になります。他の振動数が抑制される理由を説明します。
- 位相角 φ は共鳴より低いと負、高いと正です。X = ωL − 1/(ωC) を用い、低振動数ではコンデンサー、高振動数ではコイルが支配する理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 13: Electromagnetic Induction
- IB Physics — D.4 Induction
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- RLC共鳴へようこそ
- RLC回路を選択
- 再生
- 最小インピーダンス
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。