Электромагнетизм

Связанный установившийся RLC

Этот аналитический стенд установившегося режима показывает векторные Z, I и фазу для тех же R, L, C; отдельный пресет в «Цепях» моделирует переходный процесс при переключении.

Связанный установившийся RLC — интерактивная симуляция (Электромагнетизм). Этот аналитический стенд установившегося режима показывает векторные Z, I и фазу для тех же R, L, C; отдельный пресет в «Цепях» моделирует переходный процесс при переключении. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Переходные процессы RLC

Установившийся режим RLC на векторной диаграмме; «Цепи» показывает переходный процесс переключения.

Этот аналитический стенд установившегося режима показывает векторные Z, I и фазу для тех же R, L, C; отдельный пресет в «Цепях» моделирует его переходный процесс при переключении.

• ω₀ = 1/√(LC)
• Связь с лабораторией Circuits

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Этот эксперимент использует те же R, L, C, что эксперимент rlc-series в «Цепях», но рассматривает их как векторную/AC-задачу, а не переходный процесс включения. При отходе частоты возбуждения от резонанса в любую сторону амплитуда тока всегда убывает?

Прогнозы для взвешивания

• Да — отход от резонанса в любую сторону (выше или ниже ω) уменьшает амплитуду тока, поскольку импеданс растёт с обеих сторон.
• Амплитуда тока падает только на частотах выше резонанса.
• Амплитуда тока падает только на частотах ниже резонанса.

Роли переменных

Что вы задали:

• Частота возбуждения ω (rad/s)

Что вы измеряете:

• Пиковая амплитуда тока I_peak (A)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет rlc-in-circuits и нажмите «Сброс». R = 20 Ω; L = 1 H; C = 0.01 F; V₀ = 10 В — те же компоненты, что в эксперименте rlc-series.
2. Включите показание амплитуды тока.
3. Задайте угловую частоту возбуждения для каждой пробы (кратной ω₀ = 10 рад/с) и запишите амплитуду пикового тока.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите Z = √(R² + (ωL − 1/(ωC))²) при R = 20 Ω; L = 1 H; C = 0.01 F, затем I_peak = V₀/Z при V₀ = 10 В. Сравните с таблицей.
• Подтвердите, что две вне-резонансные пробы (ниже и выше ω₀) дают равную амплитуду тока при равном удалении от резонанса в этом конкретном случае. Объясните, почему амплитуда тока пикирует ровно на ω₀ и спадает симметрично в логарифмическом масштабе частот.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Эксперимент rlc-series в «Цепях» показывает отклик этого же железа на скачок (переходный процесс включения) от постоянной батареи 10 V, а не синусоидальное возбуждение. Объясните, почему «импеданс» и «резонанс» — понятия установившегося режима переменного тока, напрямую не применимые к сценарию DC-включения.
• Насколько резко амплитуда тока спадает по мере ухода от резонанса, описывает «добротность» контура Q = ω₀L/R. Для этой цепи при R = 20 Ω; L = 1 H; ω₀ = 10 рад/с вычислите Q и объясните, острая ли у этой цепи резонансная кривая или широкая.

• 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. Добро пожаловать к RLC в «Цепях»
2. Выберите RLC-контур
3. Нажмите Play
4. Та же физика в «Цепях»
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Цепи переменного тока и резонанс