Elektromagnētisms

RLC ārpus rezonanses

Šis eksperiments darbojas zem rezonanses: dominē kapacitīvā reaktīvā pretestība, tāpēc strāva apsteidz spriegumu (φ < 0).

RLC ārpus rezonanses — interaktīva Elektromagnētisms simulācija. Šis eksperiments darbojas zem rezonanses: dominē kapacitīvā reaktīvā pretestība, tāpēc strāva apsteidz spriegumu (φ < 0). Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Pilnā pretestība ārpus rezonanses

Zem rezonanses kapacitīvā strāva apsteidz spriegumu (φ < 0).

Šis eksperiments darbojas zem rezonanses: dominē kapacitīvā reaktīvā pretestība, tāpēc strāva apsteidz spriegumu (φ < 0).

• Z > R ārpus rezonanses
• φ ≠ 0

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Šī RLC ķēde ir ierosināta ārpus rezonanses (pie puses no rezonanses frekvences), tāpēc tās strāva atpaliek vai apsteidz ierosmes spriegumu ar fiksētu fāzes leņķi. Vai momentānā strāva joprojām svārstās sinusoidāli tajā pašā frekvencē kā ierosme?

Prognozes, ko svērt

• Nē — strāva svārstās citā frekvencē nekā ierosme.
• Jā — strāva svārstās tieši ierosmes frekvencē, tikai fāzē nobīdīta attiecībā pret spriegumu.
• Strāva nav sinusoidāla vispār stacionārajā režīmā.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Laiks t (s)

Ko tu mēri:

• Momentānā strāva i(t) (A)

Kā izpēte norit

1. Atver RLC bez rezonanses eksperimentu un nospied Atiestatīt. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ierosme ω = 5 rad/s (puse no rezonanses ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Ieslēdz momentānās strāvas rādījumu.
3. Nolasi momentāno strāvu katrā uzskaitītajā laikā.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vispirms izrēķini Z = √(R² + X²) un φ = atan2(X, R) ar X = ωL − 1/(ωC), izmantojot R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (dodot Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Tad izrēķini i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) ar V₀ = 10 V. Salīdzini ar tabulu.
• Fāzes leņķis šeit ir negatīvs, nozīmējot, ka ķēde ir kondensatora dominēta šajā frekvencē (zem rezonanses). Izskaidro, ko negatīvs φ nozīmē par to, vai strāva apsteidz vai atpaliek no ierosmes sprieguma.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Strāvas amplitūda šeit (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) ir mazāka nekā tā būtu tieši pie rezonanses (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Izskaidro, kāpēc RLC ķēdes ierosināšana ārpus rezonanses vienmēr dod mazāku strāvas amplitūdu nekā ierosināšana pie rezonanses.
• Tā kā frekvences ārpus rezonanses dod mazākas strāvas amplitūdas, RLC ķēde darbojas kā dabīgs frekvences filtrs. Izskaidro, kāpēc šī ķēde atbildētu vāji uz ļoti augstas frekvences vai ļoti zemas frekvences signālu, sajauktu ar tās rezonanses frekvenci.

• 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

1. Sveicināts RLC bez rezonanses eksperimentā
2. Atlasīts RLC ķēdi
3. Nospied „Atskaņot”
4. Virs vai zem rezonanses
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Maiņstrāvas ķēdes un rezonanse