振動数によるRLC電流振幅（回路との接続）
1 · 予測
この実験は rlc-series と同じ R、L、C を使い、スイッチ過渡でなくフェーザー／交流問題として見ます。共鳴からどちら向きに掃引しても電流振幅は必ず減少しますか？
- はい。高・低どちら向きでもインピーダンスが増すため電流振幅は減少します。
- 共鳴より高い振動数だけで減少します。
- 共鳴より低い振動数だけで減少します。
2 · 準備
- rlc-in-circuits 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、V₀ = 10 V です。
- 電流振幅読み出しを有効にします。
- ω₀ = 10 rad/s の倍数として駆動角振動数を設定し、ピーク電流振幅を記録します。
3 · データ収集
| 駆動振動数 ω (rad/s) | ピーク電流振幅 I_peak (A) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
3回の試行について I_peak（縦軸）を ω（横軸）に対してプロットします。ピークは正確に ω₀ ですか？
4 · 分析
- R = 20 Ω、L = 1 H、C = 0.01 F を用いて Z = √(R² + (ωL − 1/(ωC))²)、I_peak = V₀/Z（V₀ = 10 V）を計算し、表と比較します。
- 共鳴の上下に等間隔の2試行で、この場合は電流振幅が等しいことを確認します。振幅が ω₀ で最大になり対数振動数で対称に低下する理由を説明します。
5 · 発展
- rlc-series 実験は正弦駆動でなく10 V電池のスイッチ過渡です。インピーダンスと共鳴が交流定常状態の概念で、直流スイッチ投入には直接適用されない理由を説明します。
- 共鳴から外れた振幅の鋭さは品質係数 Q = ω₀L/R で表されます。R = 20 Ω、L = 1 H、ω₀ = 10 rad/s から Q を計算し、ピークが鋭いか広いか説明します。