RLC în serie: amortizare și rezonanță

1 · Prezice

Un circuit RLC în serie combină un rezistor, o bobină și un condensator. Valoarea rezistorului determină dacă apropierea circuitului de starea finală oscilează (subamortizat) sau nu (supraamortizat). O rezistență mai mare face oscilația mai probabilă sau mai puțin probabilă?

• O rezistență mai mare face oscilația mai probabilă.
• Rezistența nu afectează dacă circuitul oscilează, doar cât de repede se așază.
• O rezistență mai mare suprimă oscilația — mai multă rezistență înseamnă mai multă energie disipată per ciclu, amortizând orice sunet.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea rlc-series și apasă Resetează. L = 1 H, C = 0.01 F sunt fixe; bateria furnizează 10 V.
2. Activează citirile tensiunii condensatorului și curentului bobinei.
3. Setează valoarea rezistorului pentru fiecare încercare și calculează raportul de amortizare ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Colectează date

Schițează, pentru fiecare valoare R, dacă te-ai aștepta ca tensiunea condensatorului să depășească și să sune (ζ < 1, subamortizat), să se așeze în cea mai rapidă apropiere lină posibilă (ζ = 1, amortizare critică) sau să se apropie lent fără depășire (ζ > 1, supraamortizat).

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează f₀ = 1/(2π√(LC)) folosind L = 1 H, C = 0.01 F (la fel pentru fiecare încercare, pentru că nu depinde de R), apoi ζ = R/(2√(L/C)). Compară ambele cu tabelul.
2. R-ul implicit al acestui circuit, 20 Ω, dă exact ζ = 1 (amortizare critică) — apasă Pornește la acea valoare și privește tensiunea condensatorului apropiindu-se de 10 V cât de repede posibil, fără depășire. Explică ce te-ai aștepta să vezi în schimb la R = 10 Ω (ζ = 0.5, subamortizat).

5 · Extinde

1. Sistemele cu amortizare critică (ζ = 1) sunt prețuite în inginerie — amortizoarele de mașină, de exemplu — pentru că revin la echilibru cel mai repede, fără nicio depășire sau săritură. Explică de ce un amortizor subamortizat (ζ < 1) ar da o călătorie incomodă și săltăreață.
2. Frecvența de rezonanță f₀ = 1/(2π√(LC)) depinde doar de L și C, deloc de R — R controlează doar amortizarea. Explică de ce un circuit RLC de acordare a radioului folosește L și C (nu R) pentru a selecta frecvența stației la care răspunde.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit