Електромагнетизм

RLC поза резонансом

Цей пресет працює нижче резонансу: домінує ємнісний опір, тож струм випереджає напругу (φ < 0).

RLC поза резонансом — інтерактивне моделювання: Електромагнетизм. Цей пресет працює нижче резонансу: домінує ємнісний опір, тож струм випереджає напругу (φ < 0). Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Повний опір поза резонансом

Нижче резонансу ємнісний струм випереджає напругу (φ < 0).

Цей пресет працює нижче резонансу: домінує ємнісний опір, тож струм випереджає напругу (φ < 0).

• Z > R поза резонансом
• φ ≠ 0

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Це RLC-коло збуджується поза резонансом (на половині резонансної частоти), тож його струм відстає або випереджає напругу на фіксований фазовий кут. Чи коливається миттєвий струм усе ще синусоїдально на тій самій частоті, що й збудження?

Прогнози для зважування

• Ні — струм коливається на іншій частоті, ніж збудження.
• Так — струм коливається на точній частоті збудження, просто зсуненийий за фазою відносно напруги.
• Струм у сталому режимі зовсім не синусоїдальний.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Час t (s)

Що ви вимірюєте:

• Миттєвий струм i(t) (A)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет rlc-off-resonance та натисніть «Скинути». R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, збудження ω = 5 rad/s (половина резонансної ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
2. Увімкніть показ миттєвого струму.
3. Зчитуйте миттєвий струм у кожен указаний момент.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Спершу обчисліть Z = √(R² + X²) та φ = atan2(X, R) з X = ωL − 1/(ωC), використовуючи R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (даючи Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Потім обчисліть i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) з V₀ = 10 V. Порівняйте з таблицею.
• Фазовий кут тут від'ємний, тобто коло доміноване конденсатором на цій частоті (нижче резонансу). Поясніть, що означає від'ємний φ для того, чи випереджає струм напругу чи відстає.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Амплітуда струму тут (V₀/Z = 10/25 = 0.4 A) менша, ніж була б точно в резонансі (V₀/R = 10/20 = 0.5 A). Поясніть, чому збудження RLC-кола поза резонансом завжди дає меншу амплітуду струму, ніж збудження в резонансі.
• Оскільки нерезонансні частоти дають менші амплітуди струму, RLC-коло діє як природний частотний фільтр. Поясніть, чому це коло слабко відгукнулося б на дуже високочастотний чи дуже низькочастотний сигнал, підмішаний до його резонансної частоти.

• 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. Вітаємо в RLC поза резонансом
2. Виберіть RLC-коло
3. Натисніть «Запустити»
4. Вище чи нижче резонансу
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Кола змінного струму та резонанс