Impedanța RLC vs. frecvența de excitare: aflarea rezonanței

1 · Prezice

Un circuit RLC în serie este excitat de o sursă de curent alternativ cu frecvență variabilă. Atinge opoziția totală a circuitului față de curent (impedanța) un minimum la vreo frecvență anume?

• Impedanța atinge un maxim la vreo frecvență.
• Impedanța nu depinde de frecvența de excitare.
• Da — impedanța atinge un minimum (egal cu doar R) la frecvența de rezonanță ω₀ = 1/√(LC).

2 · Montaj

1. Deschide presetarea rlc-resonance și apasă Resetează. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F sunt fixe (la fel ca la experimentul de circuit rlc-series legat).
2. Activează citirile impedanței și unghiului de fază.
3. Setează pulsația de excitare pentru fiecare încercare (ca multiplu al lui ω₀ = 1/√(LC) = 10 rad/s) și înregistrează impedanța.

3 · Colectează date

Plotează impedanța Z (axa y) în funcție de frecvența de excitare ω (axa x) pentru cele trei încercări. Unde este minimul?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează reactanța X = ωL − 1/(ωC), apoi Z = √(R² + X²) și φ = atan2(X, R), folosind R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F. Compară ambele cu tabelul.
2. La ω = ω₀ = 10 rad/s, confirmă Z = R exact și φ = 0. Explică de ce reactanța inductivă ωL și reactanța capacitivă 1/(ωC) se anulează exact la rezonanță, lăsând doar opoziția rezistorului.

5 · Extinde

1. Un acordor de radio este esențial un circuit RLC a cărui frecvență de rezonanță o ajustezi (de obicei printr-un condensator variabil) să corespundă frecvenței de emisie a unei stații, unde impedanța scade, iar curentul — și semnalul — atinge maximul. Explică de ce stațiile la alte frecvențe sunt suprimate în schimb.
2. Unghiul de fază φ este negativ sub rezonanță și pozitiv peste ea. Explică, folosind formula reactanței X = ωL − 1/(ωC), de ce frecvențele joase fac condensatorul să domine (X negativ), în timp ce frecvențele înalte fac bobina să domine (X pozitiv).

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit