Forma de undă a curentului RLC departe de rezonanță

1 · Prezice

Acest circuit RLC este excitat în afara rezonanței (la jumătatea frecvenței lui de rezonanță), deci curentul lui rămâne în urmă sau întrece tensiunea de excitare cu un unghi de fază fix. Continuă curentul instantaneu să oscileze sinusoidal la aceeași frecvență ca și excitarea?

2 · Montaj

  1. Deschide presetarea rlc-off-resonance și apasă Resetează. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, excitare ω = 5 rad/s (jumătate din ω₀ de rezonanță = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
  2. Activează citirea curentului instantaneu.
  3. Citește curentul instantaneu la fiecare timp listat.

3 · Colectează date

Timpul t (s)Curentul instantaneu i(t) (A)
0.10
0.30
0.60

Plotează curentul i(t) (axa y) în funcție de timpul t (axa x) pentru cele trei citiri și schițează un ciclu complet pentru a arăta rămânerea în fază relativ la o sinusoidă în fază cu tensiunea de excitare.

4 · Analizează

  1. Mai întâi calculează Z = √(R² + X²) și φ = atan2(X, R) cu X = ωL − 1/(ωC), folosind R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (dând Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Apoi calculează i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) folosind V₀ = 10 V. Compară cu tabelul.
  2. Unghiul de fază aici este negativ, ceea ce înseamnă că circuitul este dominat de condensator la această frecvență (sub rezonanță). Explică ce înseamnă un φ negativ pentru faptul dacă curentul întrece sau rămâne în urmă tensiunii de excitare.

5 · Extinde

  1. Amplitudinea curentului aici (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) este mai mică decât ar fi exact la rezonanță (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Explică de ce excitarea unui circuit RLC în afara rezonanței duce mereu la o amplitudine a curentului mai mică decât excitarea la rezonanță.
  2. Pentru că frecvențele din afara rezonanței produc amplitudini de curent mai mici, un circuit RLC acționează ca un filtru natural de frecvență. Explică de ce acest circuit ar răspunde slab la un semnal de frecvență foarte înaltă sau foarte joasă amestecat cu frecvența lui de rezonanță.

← Înapoi la experiment

Electromagnetism

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit