Elektromagnetisme

RLC buiten resonantie

Deze voorinstelling drijft onder resonantie aan: de capacitieve reactantie domineert, dus de stroom loopt voor op de spanning (φ < 0).

RLC buiten resonantie — interactieve Elektromagnetisme-simulatie. Deze voorinstelling drijft onder resonantie aan: de capacitieve reactantie domineert, dus de stroom loopt voor op de spanning (φ < 0). Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.

Impedantie buiten resonantie

Onder resonantie loopt de capacitieve stroom op de spanning voor (φ < 0).

Deze voorinstelling stuurt onder resonantie aan: capacitieve reactantie domineert, dus de stroom loopt op de spanning voor (φ < 0).

• Z > R buiten resonantie
• φ ≠ 0

Onderzoeksnota

Plan de vraag voordat je het lab opent

De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.

Leidende vraag

Deze RLC-schakeling wordt buiten resonantie aangedreven (op de helft van zijn resonantiefrequentie), dus zijn stroom loopt met een vaste fasehoek achter op of voor op de aansturende spanning. Oscilleert de momentane stroom nog steeds sinusvormig op dezelfde frequentie als de aansturing?

Voorspellingen om te wegen

• Nee — de stroom oscilleert op een andere frequentie dan de aansturing.
• Ja — de stroom oscilleert op exact de aansturende frequentie, alleen faseverschoven ten opzichte van de spanning.
• De stroom is in de stationaire toestand helemaal niet sinusvormig.

Rollen van variabelen

Wat je instelt:

• Tijd t (s)

Wat je meet:

• Ogenblikkelijke stroom i(t) (A)

Hoe het onderzoek verloopt

1. Open de voorinstelling rlc-off-resonance en druk op Herstel. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, aansturing ω = 5 rad/s (de helft van de resonantie ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Zet de aflezing van de momentane stroom aan.
3. Lees de momentane stroom af op elk vermeld tijdstip.

Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken

• Bereken eerst Z = √(R² + X²) en φ = atan2(X, R) met X = ωL − 1/(ωC), met R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (gevend Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Bereken daarna i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) met V₀ = 10 V. Vergelijk met de tabel.
• De fasehoek is hier negatief, wat betekent dat de schakeling bij deze frequentie (onder resonantie) door de condensator wordt gedomineerd. Leg uit wat een negatieve φ betekent voor de vraag of de stroom voorloopt op of achterloopt op de aansturende spanning.

Waar dit buiten het lab opduikt

• De stroomamplitude hier (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) is kleiner dan hij precies bij resonantie zou zijn (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Leg uit waarom het aansturen van een RLC-schakeling buiten resonantie altijd een kleinere stroomamplitude geeft dan aansturen op resonantie.
• Omdat frequenties buiten resonantie kleinere stroomamplitudes geven, werkt een RLC-schakeling als een natuurlijk frequentiefilter. Leg uit waarom deze schakeling zwak zou reageren op een heel hoogfrequent of heel laagfrequent signaal dat gemengd is met zijn resonantiefrequentie.

• 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. Welkom bij RLC buiten resonantie
2. Selecteer de RLC-schakeling
3. Druk op Start
4. Boven of onder resonantie
5. Open het eigenschappenpaneel
6. Gelukt!

Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.

Interactief lab openen →

Werkblad downloaden →

Wisselstroomschakelingen & resonantie