RLC-strømamplitude på tvers av frekvenser (knyttet til Kretser)

1 · Prediker

Dette eksperimentet bruker nøyaktig de samme R-, L-, C-verdiene som RLC-i-serie kretseksperimentet, sett her som et fasor/vekselstrømsproblem i stedet for en på-svitsj-transient. Etter hvert som du sveiper drivfrekvensen bort fra resonans i begge retninger, synker strømamplituden alltid?

2 · Oppsett

  1. Åpne RLC-i-kretser-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0,01 F, V₀ = 10 V — identisk med RLC-i-serie kretseksperimentets komponenter.
  2. Aktiver strømamplitude-avlesningen.
  3. Sett drivvinkelfrekvensen for hvert forsøk (som et multiple av ω₀ = 10 rad/s) og registrer topp-strømamplituden.

3 · Samle inn data

Drivfrekvens ω (rad/s)Topp-strømamplitude I_peak (A)
5.00
10.00
20.00

Plott topp-strøm I_peak (y-akse) mot drivfrekvens ω (x-akse) for dine tre forsøk. Ligger toppen nøyaktig ved ω₀?

4 · Analyser

  1. For ett forsøk, beregn Z = √(R² + (ωL − 1/(ωC))²) med R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0,01 F, deretter I_peak = V₀/Z med V₀ = 10 V. Sammenlign med tabellen.
  2. Bekreft at dine to utenfor-resonans forsøk (under og over ω₀) gir lik strømamplitude når de er like langt fra resonans i dette spesifikke tilfellet. Forklar hvorfor strømamplituden topper nøyaktig ved ω₀ og faller symmetrisk på en log-frekvens-skala.

5 · Utvid

  1. RLC-i-serie kretseksperimentet viser den samme maskinvarens trinnrespons (på-svitsj-transient) til et konstant 10 V-batteri, ikke en sinusformet drift. Forklar hvorfor «impedans» og «resonans» er vekselstrøms-stasjonære begreper som ikke direkte gjelder det likestrøms på-svitsj-scenarioet.
  2. Hvor skarpt strømamplituden faller bort fra resonans beskrives av en kretss «kvalitetsfaktor» Q = ω₀L/R. Med denne kretsens R = 20 Ω, L = 1 H, ω₀ = 10 rad/s, beregn Q og forklar om denne kretsen har en skarp eller bred resonanstopp.

← Tilbake til eksperimentet

Elektromagnetisme

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark