Obwody

RLC w szeregu

R, L i C w szeregu — kondensator ustala się na źródle

RLC w szeregu — interaktywna symulacja: Obwody. R, L i C w szeregu — kondensator ustala się na źródle Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Stan nieustalony RLC szeregowego

R, L i C w szeregu dają tłumiony stan nieustalony ku stanie ustalonemu.

Energia wymienia się między kondensatorem a cewką, a rezystor rozprasza energię.

• ω₀ = 1/√(LC)
• Tłumienie od R

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Obwód RLC szeregowy łączy rezystor, cewkę i kondensator. Wartość rezystora decyduje, czy dojście obwodu do stanu końcowego oscyluje (niedotłumione), czy nie (przetłumione). Czy większa rezystancja czyni oscylację bardziej czy mniej prawdopodobną?

Prognozy do rozważenia

• Większa rezystancja czyni oscylację bardziej prawdopodobną.
• Rezystancja nie wpływa na to, czy obwód oscyluje, tylko na to, jak szybko się uspokaja.
• Większa rezystancja tłumi oscylację — większa rezystancja znaczy więcej energii rozproszonej na cykl, wygaszając jakiekolwiek dzwonienie.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Rezystancja R (Ω)

Co mierzysz:

• Częstotliwość rezonansowa f₀ (Hz)
• Współczynnik tłumienia ζ

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset rlc-series i naciśnij Reset. L = 1 H; C = 0.01 F są ustalone; bateria podaje 10 V.
2. Włącz odczyty napięcia kondensatora i prądu cewki.
3. Ustaw wartość rezystora dla każdej próby i oblicz współczynnik tłumienia ζ = R / (2√(L/C)).

Równanie rządzące

Częstotliwość rezonansowa RLC — f₀ = 1 / (2π·√(L·C))

Częstotliwość drgań własnych szeregowego obwodu RLC to f₀ = 1/(2π√(LC)), ustalona całkowicie przez indukcyjność i pojemność. Rezystancja R tej częstotliwości nie przesuwa — kontroluje tylko, jak mocno każde drganie jest tłumione.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz f₀ = 1/(2π√(LC)) przy L = 1 H; C = 0.01 F (to samo dla każdej próby — nie zależy od R), a potem ζ = R/(2√(L/C)). Porównaj obie wartości z tabelą.
• Domyślne R = 20 Ω tego obwodu daje dokładnie ζ = 1 (tłumienie krytyczne) — naciśnij Odtwórz przy tej wartości i patrz, jak napięcie kondensatora zbliża się do 10 V najszybciej jak się da bez przestrzelenia. Wyjaśnij, czego zamiast tego spodziewałbyś się przy R = 10 Ω (ζ = 0.5, niedotłumione).

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Układy krytycznie tłumione (ζ = 1) są cenione w inżynierii — na przykład amortyzatory samochodowe — bo najszybciej wracają do równowagi bez żadnego przestrzelenia ani kołysania. Wyjaśnij, dlaczego niedotłumiony amortyzator (ζ < 1) czyniłby jazdę niewygodną i podskakującą.
• Częstotliwość rezonansowa f₀ = 1/(2π√(LC)) zależy tylko od L i C, wcale od R — R kontroluje tylko tłumienie. Wyjaśnij, dlaczego obwód dostrajania radia RLC używa L i C (nie R), by wybrać częstotliwość stacji, na którą reaguje.

• 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. Witamy w RLC szeregowym
2. Naciśnij Play
3. Zaznacz kondensator
4. Obserwuj stan nieustalony
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Ładowanie kondensatora i stałe czasowe