RLC strāvas viļņa forma prom no rezonanses

1 · Prognozē

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?

• 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.

2 · Iestati

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.

3 · Vāc datus

Zīmē strāvu i(t) (y ass) pret laiku t (x ass) saviem trim rādījumiem un uzzīmē pilnu ciklu, lai parādītu fāzes atpalikšanu attiecībā pret sinusa vilni fāzē ar ierosmes spriegumu.

4 · Analizē

1. 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.
2. 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.

5 · Paplašina

1. 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.
2. 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.

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas