Rezonans w obwodach prądu zmiennego
Drgania ładunku, prądu i napięcia w obwodzie odbywają się z częstością zasilania \( \omega \) (częstością wymuszającą). Analogicznie jak dla mechanicznych drgań wymuszonych (zob. moduł Drgania wymuszone i rezonans ) amplituda tych drgań zależy od \( \omega \) i osiąga maksimum dla pewnej charakterystycznej wartości tej częstości. Przypomnijmy, że zjawisko to nazywamy rezonansem.
Dla małego oporu \( R \) czyli dla małego tłumienia warunek rezonansu jest spełniony, gdy
gdzie \( \omega_{0} \) jest częstością drgań nietłumionych (drgania w obwodzie \( LC \)).
Natężenie prądu osiąga wtedy wartość maksymalną równą
Widzimy, że natężenie prądu w obwodzie jest takie, jak gdyby nie było w nim ani pojemności ani indukcyjności.
Zadanie 1: Obliczanie zawady obwodu
Treść zadania:
Sprawdź samodzielnie ile wynosi w takiej sytuacji zawada obwodu.
W warunkach rezonansu napięcie na kondensatorze (w obwodzie \( RLC \)) jest równe
i może być wielokrotnie większe od napięcia zasilającego. Możesz to sprawdzić rozwiązując następujące zagadnienie:
Zadanie 2: Obliczanie napięcia na kondesatorze w warunkach rezonansu
Treść zadania:
Drgania wymuszone w obwodzie można także wywołać bez włączania bezpośredniego źródła \( SEM \) w postaci generatora. Przykładem może być układ \( RLC \) w obwodzie wejściowym radioodbiornika (telewizora) pokazany na rysunku poniżej. Układ ten jest zasilany sygnałem z anteny.
W układzie dostrojenie do częstotliwości danej radiostacji jest osiągane przez dobranie pojemności. W ten sposób jest spełniony warunek rezonansu dla tej częstotliwości. W pokazanym układzie \( R = 10 \Omega \), a \( L = 1 \mu \text{H} \). Jaka powinna być pojemność \( C \), aby uzyskać dostrojenie odbiornika (rezonans) do stacji "Jazz Radio", która w Krakowie nadaje na częstotliwości \( 101 \text{ MHz} \)? Jeżeli sygnał wejściowy z anteny ma amplitudę \( 100 \mu V \), to jakie jest napięcie na kondensatorze przy częstotliwości rezonansowej? Jakie napięcie na kondensatorze daje przy tych samych ustawieniach \( R \), \( L \), \( C \) sygnał o tej samej amplitudzie, ale o częstotliwości \( 96.0 \text{ MHz} \) (radio "RMF")?
Wskazówka: Skorzystaj ze warunku rezonansu ( 1 ) i wzoru ( 3 ) na napięcie na kondensatorze.
\( \omega = \)
\( U_{Crez.} = \)
\( U_{C} = \)