Równoległy obwód LC
Bartłomiej Matera - klasa 3d, rok szkolny 2012/2013
1. Wstęp teoretyczny.
W doświadczeniu chcemy zbadać własności równoległego obwodu LC. Kondensator i solenoid są elementami biernymi w obwodzie prądu przemiennego. Charakteryzują się oporem indukcyjnym dla solenoidu i pojemnościowym dla kondensatora. Opory te są opisane wzorami:
2. Schemat równoległego obwodu LC
3. Opór rzeczywisty, pojemnościowy i indukcyjny na płaszczyźnie zespolonej
4. Obliczanie impedancji tego obwodu LC w łączeniu równoległym :
Zawada, czyli moduł z impedancji jest równy:
5. Wykres zawady od częstotości kołowej
Z wykresu wynika, że dla pewnej czestotliwości - rezonansowej - zawada dąży do nieskonczoności. Fakt ten wykorzystuje się w obwodzie zbudowanym z elementów RLC przez uczniów VIII LO w Katowicach.
Obwód składa się z elementu zasilającego oraz kondensatora i solenoidu połączonych równolegle. Do obserwacji natężeń prądu dołączono trzy identyczne żarówki posiadające opór omowy, ale nie wpływające na częstotliwość rezonansową. Jasność pierwszej żarówki ( przy elemencie zasilającym ) oznacza całkowite natężenie, a pozostałych odpowiednio natężenia prądów przepływających przez solenoid i kondensator.
Elementy LC zostały dobrane eksperymentalnie przez uczniów, tak aby wystąpił rezonans przy częstotliwości bliskiej 50 Hz, czyli częstotliwości źródła.
Po podłączeniu obwodu do napięcia 9V żarówki przy solenoidzie i kondensatorze zaczynają się świecić. Zawada obwodu LC jest tak duża, że żarówka przy zasilaczu praktycznie się nie pali.
Po zwiększeniu napięcia do 12 V żarówka przy zasilaczu zaczyna się żarzyć co świadczy tym, że przepływa przez nią mały prąd, który uzupełnia jedynie straty w obwodzie LC
6. Pomiary i wyliczenia
Zawada jest największa, gdy obwód LC jest w rezonansie.
Pomiary :
7. Obliczanie częstotliwościowi prądu na podstawie danych pomiarowych.
6.Wniosek
Otrzymany wynik 49,83 Hz jest bardzo bliski częstotliwości źródła co świadczy o występowaniu zjawiska rezonansu w obwodzie LC..