RLC v sérii: tlmenie a rezonancia

1 · Predikuj

Sériový RLC obvod kombinuje rezistor, cievku a kondenzátor. Hodnota rezistora určuje, či priblíženie obvodu k konečnému stavu osciluje (podtlmené) alebo nie (pretlmené). Robí väčší odpor osciláciu pravdepodobnejšou alebo menej pravdepodobnou?

• Väčší odpor robí osciláciu pravdepodobnejšou.
• Odpor neovplyvňuje, či obvod osciluje, len ako rýchlo sa usadí.
• Väčší odpor potláča osciláciu — viac odporu znamená viac rozptýlenej energie na cyklus, tlmeniac akékoľvek zvonenie.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu RLC séria a stlač Resetovať. L = 1 H, C = 0.01 F sú pevné; batéria dodáva 10 V.
2. Zapni odčítania napätia kondenzátora a prúdu cievkou.
3. Nastav hodnotu rezistora pre každý pokus a vypočítaj činiteľ tlmenia ζ = R / (2√(L/C)).

3 · Zbieraj údaje

Načrtni pre každú hodnotu R, či by si očakával, že napätie kondenzátora prestrelí a zvonia (ζ < 1, podtlmené), usadí sa v najrýchlejšom možnom hladkom priblížení (ζ = 1, kriticky tlmené), alebo približuje pomaly bez prestrelu (ζ > 1, pretlmené).

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj f₀ = 1/(2π√(LC)) s L = 1 H, C = 0.01 F (rovnaké pre každý pokus, keďže nezávisí na R), potom ζ = R/(2√(L/C)). Porovnaj obe s tabuľkou.
2. Predvolené R = 20 Ω tohto obvodu dáva presne ζ = 1 (kriticky tlmené) — stlač Prehrať pri tejto hodnote a sleduj, ako napätie kondenzátora sa približuje 10 V čo najrýchlejšie bez prestrelu. Vysvetli, čo by si očakával vidieť namiesto toho pri R = 10 Ω (ζ = 0.5, podtlmené).

5 · Rozšír

1. Kriticky tlmené sústavy (ζ = 1) sú v inžinierstve cenené — napríklad tlmiče pérovania áut — pretože sa vracajú do rovnováhy najrýchlejšie bez prestrelu alebo poskakovania. Vysvetli, prečo podtlmený tlmič (ζ < 1) by robil nepohodlnú, poskakujúcu jazdu.
2. Rezonančná frekvencia f₀ = 1/(2π√(LC)) závisí len na L a C, vôbec nie na R — R len riadi tlmenie. Vysvetli, prečo RLC ladiaci obvod rádia používa L a C (nie R) na výber, na frekvenciu ktorej stanice reaguje.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky