Kretser

Serie RLC

R, L og C i serie — kondensatoren tilpasser seg kilden

Serie RLC — interaktiv Kretser-simulering. R, L og C i serie — kondensatoren tilpasser seg kilden Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Serie RLC-transient

R, L og C i serie gir en dempet transient mot stasjonær tilstand.

Energien veksler mellom kondensatoren og spolen mens motstandenen avgir energi.

• ω₀ = 1/√(LC)
• Demping fra R

Undersøkelsesgrunnlag

Planlegg spørsmålet før du åpner labben

Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.

Problemstilling

En serie RLC-krets kombinerer en motstand, en spole og en kondensator. Motstandens verdi bestemmer om kretsens tilnærming til slutttilstanden svinger (underdempet) eller ikke (overdempet). Gjør en større motstand svingning mer eller mindre sannsynlig?

Prediksjoner å veie

• En større motstand gjør svingning mer sannsynlig.
• Motstanden påvirker ikke om kretsen svinger, bare hvor raskt den legger seg.
• En større motstand undertrykker svingning — mer motstand betyr mer energi avgitt per syklus, og demper enhver utringering.

Variabelroller

Hva du setter:

• Motstand R (Ω)

Hva du måler:

• Resonansfrekvens f₀ (Hz)
• Dempningsforhold ζ

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne RLC-i-serie-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. L = 1 H, C = 0,01 F er faste; batteriet leverer 10 V.
2. Aktiver kondensatorspenning- og spolestrøm-avlesningene.
3. Sett motstandens verdi for hvert forsøk og beregn dempningsforholdet ζ = R / (2√(L/C)).

Styrende likning

RLC-resonansfrekvens — f₀ = 1 / (2π·√(L·C))

En serie RLC-kretss naturlige svingningsfrekvens er f₀ = 1/(2π√(LC)), satt helt av induktansen og kapasitansen. Motstandenen R flytter ikke denne frekvensen — den kontrollerer bare hvor sterkt enhver svingning dempes.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn f₀ = 1/(2π√(LC)) med L = 1 H, C = 0,01 F (samme for hvert forsøk, siden den ikke avhenger av R), deretter ζ = R/(2√(L/C)). Sammenlign begge med tabellen.
• Denne kretsens standard R = 20 Ω gir nøyaktig ζ = 1 (kritisk dempet) — trykk Spill av ved den verdien og se kondensatorspenningen nærme seg 10 V så raskt som mulig uten å skyte forbi. Forklar hva du ville forventet å se i stedet ved R = 10 Ω (ζ = 0,5, underdempet).

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Kritisk dempede systemer (ζ = 1) er verdsatt i ingeniørkunst — bilstøtdempere for eksempel — fordi de vender tilbake til likevekten raskest uten noen overskyting eller spretting. Forklar hvorfor en underdempet støtdemper (ζ < 1) ville gi en ubehagelig, sprettende kjøretur.
• Resonansfrekvensen f₀ = 1/(2π√(LC)) avhenger bare av L og C, ikke av R i det hele tatt — R kontrollerer bare dempingen. Forklar hvorfor en RLC-radio-stemmekrets bruker L og C (ikke R) til å velge hvilken stasjons frekvens den responderer på.

• 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. Velkommen til RLC i serie
2. Trykk Spill av
3. Velg kondensatoren
4. Se transcienten
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Kondensatorlading og tidskonstanter