RLC-strømbølgeform utenfor resonans

1 · Prediker

Denne RLC-kretsen drives utenfor resonans (ved halv resonansfrekvensen), så strømmen haler etter eller løper foran drivspenningen med en fast fasevinkel. Svinger den momentane strømmen fortsatt sinusformet ved samme frekvens som driften?

• Nei — strømmen svinger ved en annen frekvens enn driften.
• Ja — strømmen svinger ved nøyaktig drivfrekvensen, bare faseforskjøvet i forhold til spenningen.
• Strømmen er ikke sinusformet i det hele tatt i stasjonær tilstand.

2 · Oppsett

1. Åpne RLC-utenfor-resonans-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0,01 F, drift ω = 5 rad/s (halv resonans-ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Aktiver momentan strøm-avlesningen.
3. Avles den momentane strømmen ved hvert oppgitte tidspunkt.

3 · Samle inn data

Plott strøm i(t) (y-akse) mot tid t (x-akse) for dine tre avlesninger, og skisser en full syklus for å vise faseforskyvningen i forhold til en sinus bølge i fase med drivspenningen.

4 · Analyser

1. Beregn først Z = √(R² + X²) og φ = atan2(X, R) med X = ωL − 1/(ωC), med R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0,01 F, ω = 5 rad/s (gir Z = 25 Ω, φ ≈ −0,64 rad). Beregn deretter i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) med V₀ = 10 V. Sammenlign med tabellen.
2. Fasevinkelen her er negativ, noe som betyr at kretsen er kondensator-dominert ved denne frekvensen (under resonans). Forklar hva en negativ φ betyr for om strømmen løper foran eller haler etter drivspenningen.

5 · Utvid

1. Strømamplituden her (V₀/Z = 10/25 = 0,4 A) er mindre enn den ville vært nøyaktig ved resonans (V₀/R = 10/20 = 0,5 A). Forklar hvorfor å drive en RLC-krets utenfor resonans alltid gir en mindre strømamplitude enn å drive den ved resonans.
2. Fordi frekvenser utenfor resonans gir mindre strømamplituder, fungerer en RLC-krets som en naturlig frekvensfilter. Forklar hvorfor denne kretsen ville respondere svakt på et svært høyfrekvent eller svært lavfrekvent signal blandet inn med resonansfrekvensen dens.

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark