Elektros grandinės

Nuoseklioji RLC

R, L ir C nuosekliai — kondensatorius nusistovi prie šaltinio

Nuoseklioji RLC — interaktyvi Elektros grandinės simuliacija. R, L ir C nuosekliai — kondensatorius nusistovi prie šaltinio Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Nuosekliosios RLC pereinamasis procesas

R, L ir C nuosekliai sukuria slopstantį pereinamąjį procesą link nuostovios būsenos.

Energija mainosi tarp kondensatoriaus ir ritės, o rezistorius sklaido energiją.

• ω₀ = 1/√(LC)
• Slopinimas nuo R

Tyrimo santrauka

Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją

Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.

Pagrindinis klausimas

Nuoseklioji RLC grandinė jungia rezistorių, ritę ir kondensatorių. Rezistoriaus reikšmė lemia, ar grandinės artėjimas prie galutinės būsenos svyruoja (nuslopintasis), ar ne (perdėlotasis). Ar didesnė varža daro svyravimą labiau ar mažiau tikėtiną?

Svarstytini spėjimai

• Didesnė varža daro svyravimą labiau tikėtiną.
• Varža neveikia to, ar grandinė svyruoja, tik kaip greitai nusistovi.
• Didesnė varža slopina svyravimą — daugiau varžos reiškia daugiau energijos išsklaidyta per ciklą, slopinant bet kokį skambėjimą.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Varža R (Ω)

Ką tu matauji:

• Rezonanso dažnis f₀ (Hz)
• Slopinimo santykis ζ

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Nuoseklioji RLC“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. L = 1 H, C = 0.01 F fiksuoti; baterija tiekia 10 V.
2. Įjunk kondensatoriaus įtampos ir ritės srovės rodmenis.
3. Nustatyk rezistoriaus reikšmę kiekvienam bandymui ir apskaičiuok slopinimo santykį ζ = R / (2√(L/C)).

Valdančioji lygtis

RLC rezonanso dažnis — f₀ = 1 / (2π·√(L·C))

Nuosekliosios RLC grandinės savasis svyravimo dažnis yra f₀ = 1/(2π√(LC)), nustatytas vien induktyvumo ir talpos. Varža R nepastumia šio dažnio — ji tik valdo, kaip stipriai slopinamas bet kuris svyravimas.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Vienam bandymui apskaičiuok f₀ = 1/(2π√(LC)) naudodamas L = 1 H, C = 0.01 F (tas pats kiekvienam bandymui, nes nepriklauso nuo R), tada ζ = R/(2√(L/C)). Palygink abu su lentele.
• Šios grandinės numatytasis R = 20 Ω duoda tiksliai ζ = 1 (kritiškai slopintasis) — spausk Leisti su ta reikšme ir žiūrėk, kaip kondensatoriaus įtampa artėja prie 10 V kuo greičiau be peršokimo. Paaiškink, ko tikėtumeisi vietoj to esant R = 10 Ω (ζ = 0.5, nuslopintasis).

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Kritiškai slopintos sistemos (ζ = 1) vertinamos inžinerijoje — pvz., automobilio amortizatoriai — nes jos grįžta į pusiausvyrą greičiausiai be jokio peršokimo ar šokinėjimo. Paaiškink, kodėl nuslopintasis amortizatorius (ζ < 1) duotų nepatogų, šokinėjantį važiavimą.
• Rezonanso dažnis f₀ = 1/(2π√(LC)) priklauso tik nuo L ir C, visai ne nuo R — R tik valdo slopinimą. Paaiškink, kodėl RLC radijo derinimo grandinė naudoja L ir C (ne R), kad išsirinktų, kurios stoties dažniui atsakyti.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Sveiki atvykę prie nuosekliosios RLC
2. Spausk Leisti
3. Pasirink kondensatorių
4. Stebėk pereinamąjį procesą
5. Atidaryk Savybių skydą
6. Tau pavyko!

Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.

Atidaryk interaktyvią laboratoriją →

Atsisiųsti darbo lapą →

Kondensatoriaus įkrovimas ir laiko konstantos