Резонанс в колі змінного струму
У даній статті розказано про явище резонансу в колі змінного струму, що складається з котушки, конденсатора і активного опору, з'єднаних послідовно. Введено поняття резонансної частоти, добротності контуру, а також розібрані відповідні приклади завдань з ЄДІ з фізики.
Явище резонансу в колі змінного струму
Явище резонансу в контурі, що складається з послідовно з'єднаних котушки індуктивності, конденсатора і активного опору, полягає в різкому зростанні амплітуди вимушених коливань сили струму при збігу циклічної частоти генерується джерелом змінної ЕРС з власною циклічною частотою електромагнітних коливань в контурі:
Нагадаємо, що частота змінного струму пов'язана з циклічною частотою змінного струму простим співвідношенням:
Ланцюг, що складається з котушки індуктивності, конденсатора і активного опору, з'єднаних послідовно, скорочено називають RLC-ланцюгом. Резонанс в RLC-ланцюга виникає при такій циклічної частоті, що реактивний опір котушки стає рівним по модулю реактивному опору конденсатора. Оскільки ці складові імпедансу RLC-ланцюга відстоять один від одного по фазі на (коливаються в протифазі), то компенсують один одного, в результаті повне опір ланцюга стає найменшим, а діюче значення сила струму - найбільшим (тут - діюче значення напруги, що генерується джерелом змінної ЕРС):
Векторна діаграма для випадку резонансу в колі змінного струму, що складається з котушки, конденсатора і активного опору, з'єднаних послідовно, має вигляд:
Добротність RLC-ланцюга
Резонансні ланцюга використовують для того, щоб виділити сигнал на потрібній частоті, відфільтрувавши інші сигнали на інших частотах. Якщо відкласти по вертикалі діюче значення сили струму вимушених коливань в RLC-контурі, а по горизонталі - частоту генеруючої джерелом змінної ЕРС, то вийде резонансна крива даного RLC-контуру, подібна до тієї, що зображена на малюнку:
Якщо резонансна крива має гострий пік на резонансній частоті, кажуть, що схема має високу «селективність». Параметр, що характеризує дане властивість, у фізиці називають добротністю. Добротність RLC-контуру визначається як відношення його резонансної частоти до ширини резонансної смуги на напіввисоті максимуму:
Добротність RLC-ланцюга залежить від величини активного опору. Чим менше активний опір, тим більше добротність при даних значеннях індуктивності і електроємна. Для RLC-контуру добротність визначається за формулою:
Завдання з ЄДІ з фізики про резонанс в колі змінного струму
При під-лю-че-ванні трьох років не-з-вест-них еле-мен-тів A. B і C елек-три-чо-ської ланцюга до ви-хо-ду ге-ні-ра-то-ра пе -ре-мен-но-го струму з через ме-ня-е-мій ча-сто-тій гар-мо-ні-чо-ських ко-ле-ба-ний прі не-з-мен-ної ам- пЛІ-ту-де ко-ле-ба-ний на-пря-же-ня, об-на-ру-же-ни наступні залежності діючих значень сили струму від ча-сто-ти:
Установіть відповідність між буквою графіка і відповідним елементом зі списку, який був підключений:
1) активний опір
2) кон-ден-са-то-р
3) ка-туш-ка
4) RLC-контур