Амплітуда струму RLC по частотах (зв'язано з Колотами)
1 · Прогноз
Цей експеримент використовує точно ті самі значення R, L, C, що й експеримент кіл rlc-series, розглянуті тут як задача фазорів/змінного струму замість перехідного процесу вмикання. Коли ви розгортаєте частоту збудження від резонансу в будь-який бік, амплітуда струму завжди спадає?
- Так — відхід від резонансу в будь-який бік (вища чи нижча ω) зменшує амплітуду струму, бо повний опір зростає з обох боків.
- Амплітуда струму зменшується лише для частот вище резонансу.
- Амплітуда струму зменшується лише для частот нижче резонансу.
2 · Установка
- Відкрийте пресет rlc-in-circuits та натисніть «Скинути». R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, V₀ = 10 V — ідентично компонентам експерименту кіл rlc-series.
- Увімкніть показ амплітуди струму.
- Задайте кутову частоту збудження для кожного заміру (як кратне ω₀ = 10 rad/s) та запишіть пікову амплітуду струму.
3 · Збір даних
| Частота збудження ω (rad/s) | Пікова амплітуда струму I_peak (A) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
Побудуйте піковий струм I_peak (вісь y) проти частоти збудження ω (вісь x) для трьох замірів. Чи сидить пік точно на ω₀?
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть Z = √(R² + (ωL − 1/(ωC))²) з R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, потім I_peak = V₀/Z з V₀ = 10 V. Порівняйте з таблицею.
- Підтвердьте, що ваші два нерезонансні заміри (нижче і вище ω₀) дають рівну амплітуду струму, коли однаково віддалені від резонансу в цьому конкретному випадку. Поясніть, чому амплітуда струму пікує точно на ω₀ та спадає симетрично в логарифмічній шкалі частот.
5 · Поглиблення
- Експеримент кіл rlc-series показує реакцію на стрибок того самого заліза (перехідний процес вмикання) на сталу батарею 10 V, не синусоїдальне збудження. Поясніть, чому «повний опір» і «резонанс» — поняття сталого режиму змінного струму, що не застосовуються прямо до того сценарію вмикання постійного струму.
- Наскільки різко амплітуда струму спадає поза резонансом описує «добротність» кола Q = ω₀L/R. Використовуючи R = 20 Ω, L = 1 H, ω₀ = 10 rad/s цього кола, обчисліть Q і поясніть, чи має це коло гострий чи широкий резонансний пік.