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Overview

Fonte: Yong P. Chen, PhD, Dipartimento di Fisica e Astronomia, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN

Condensatori (C), induttori (L) e resistori (R) sono ciascuno un importante elemento circuitale con comportamenti distinti. Un resistore dissipa energia e obbedisce alla legge di Ohm, con la sua tensione proporzionale alla sua corrente. Un condensatore immagazzina energia elettrica, con la sua corrente proporzionale alla velocità di variazione della sua tensione, mentre un induttore immagazzina energia magnetica, con la sua tensione proporzionale alla velocità di variazione della sua corrente. Quando questi elementi del circuito sono combinati, possono far variare la corrente o la tensione nel tempo in vari modi interessanti. Tali combinazioni sono comunemente utilizzate per elaborare segnali elettrici dipendenti dal tempo o dalla frequenza, ad esempio in circuiti a corrente alternata (CA), radio e filtri elettrici. Questo esperimento dimostrerà i comportamenti dipendenti dal tempo dei circuiti resistore-condensatore (RC), resistore-induttore (RL) e induttore-condensatore (LC). L'esperimento dimostrerà i comportamenti transitori dei circuiti RC e RL utilizzando una lampadina (resistore) collegata in serie a un condensatore o induttore, al momento del collegamento (e dell'accensione) di un alimentatore. L'esperimento dimostrerà anche il comportamento oscillatorio di un circuito LC.

Principles

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Si consideri un resistore (con resistenza R) in serie di un condensatore (con capacità C), collegato insieme a una sorgente di tensione (con uscita di tensione V), come illustrato nella Figura 1. Se la sorgente di tensione è accesa al tempo t = 0, una corrente dipendente dal tempo i(t) inizierà a fluire nel circuito, attraverso il resistore R. Questa corrente è anche conosciuta come "corrente di carica" per il condensatore, in quanto "fluisce" nel condensatore(cioè,porta cariche opposte alle piastre opposte sul condensatore) per sviluppare una caduta di tensione dipendente dal tempo Vc attraverso il condensatore. Poiché la tensione totale V dall'alimentazione di tensione è condivisa tra la caduta di tensione attraverso il resistore (che è R) e quella attraverso il condensatore (VC):

Equation 1(Equazione 1)

All'inizio (t = 0, subito dopo l'accensione dell'alimentazione di tensione con uscita V), il condensatore non ha avuto la possibilità di sviluppare alcuna tensione, e quindi VC(t = 0) = 0, e (secondo l'equazione 1), i(t = 0) = V / R. Con il passare del tempo, le cariche si accumulano sul condensatore e Vc aumenterà, e quindi i(t) diminuirà. Inoltre, queste cariche tendono a respingere le cariche aggiuntive che arrivano al condensatore(cioè, opponendosi al processo di ricarica). Dopo un periodo di tempo sufficiente, questo processo di ricarica si arresta, e quindi i(t→∞) = 0 e Vc(t→) = V. Ciò significa che il condensatore è ora completamente carico (o ha la piena tensione V dalla sorgente di tensione che cade attraverso di esso), non più flussi di corrente e il condensatore si comporta come un interruttore aperto in questo stato stazionario completamente carico. In generale, un condensatore conduce di più per frequenze più elevate o correnti transitorie, mentre conduce meno o per niente per corrente a frequenza più bassa o allo stato stazionario (CC).

La corrente completa, quantitativa dipendente dal tempo i(t) può essere risolta da:

Equation 2(Equazione 2)

dove

Equation 3  (Equazione 3)

è nota come "costante di tempo RC" per il circuito "RC", e caratterizza in generale la scala temporale per la risposta del circuito RC (qui la variazione della corrente) su un cambiamento transitorio in un ingresso (qui l'accensione dell'alimentazione di tensione). Tale corrente dipendente dal tempo data dall'equazione 2 è illustrata nella Figura 1.

In questo caso, il tempo RC rappresenta anche la scala temporale caratteristica per la ricarica del condensatore. È la scala temporale per la scarica di un condensatore, vale a dire, se un condensatore completamente carico (con tensione V) è direttamente collegato a un resistore per formare un circuito chiuso (corrispondente alla sostituzione dell'alimentazione di tensione in Figura 1 con un filo corto), allora la corrente che scorre attraverso il resistore seguirà di nuovo l'equazione 2.

Un'analisi analoga può essere fatta per un resistore in serie di un induttore, o un circuito "RL" come quello mostrato in Figura 2. Tuttavia, il comportamento di un induttore è opposto a quello di un condensatore, nel senso che l'induttore conduce meglio a frequenza più bassa (per corrente stazionario l'induttore agisce come un filo corto con poca resistenza), ma conduce molto meno a frequenza più alta o in una situazione transitoria (perché un induttore cerca sempre di opporsi al cambiamento della sua corrente). Di conseguenza, la corrente i(t) che fluirebbe nel circuito RL mostrato in Figura 2 dopo aver chiuso l'interruttore al tempo t = 0 (o l'accensione della tensione di alimentazione all'uscita di V) sarebbe:

Equation 4(Equazione 4)

dove

Equation 5(Equazione 5)

che è la scala temporale caratteristica generale per la risposta (qui la variazione di corrente) del circuito RL su una variazione transitoria in un ingresso (qui l'accensione dell'alimentazione di tensione). Nota qui, i(t = 0) = 0, perché inizialmente la corrente attraverso l'induttore (che è la stessa corrente attraverso il resistore) non ha avuto la possibilità di cambiare dal suo valore zero iniziale (prima che l'alimentazione di tensione sia accesa), e l'induttore cerca di opporsi a qualsiasi cambiamento improvviso nella sua corrente. Dopo che il circuito ha raggiunto il suo stato stazionario, la corrente non cambia più con il tempo, quindi l'induttore si comporta come un filo corto, e in effetti i(t→∞) = V / R secondo l'equazione 4. Questo comportamento (la corrente aumenta da 0 e si avvicina a V/R in modo esponenziale) è illustrato in Figura 2e si noti che è opposto al comportamento per il circuito RC (Equazione 2 e Figura 1, dove la corrente diminuisce da V/R e decade a 0 in modo esponenziale).

La dipendenza esponenziale dal tempo nel circuito RC o RL è correlata alla natura dissipativa del resistore. Al contrario, un circuito "LC" in cui un condensatore è direttamente collegato a un induttore con resistenze trascurabili, come quello mostrato in Figura 3a, mostrerebbe un comportamento oscillatorio o "risonante". La figura 3a raffigura un condensatore, inizialmente caricato per avere una caduta di tensione V, collegato a un induttore (senza corrente attraverso di esso inizialmente) al tempo t = 0. Si può dimostrare che la tensione successiva sul condensatore (la stessa sull'induttore) avrebbe la seguente dipendenza dal tempo oscillatorio (sinusoidale):

Equation 6(Equazione 6)

dove

Equation 7(Equazione 7)

è la "frequenza di oscillazione" o "frequenza di risonanza" (qui, la frequenza si riferisce alla frequenza angolare) del circuito LC. La corrente attraverso l'induttore è:

Equation 8(Equazione 8)

Il condensatore si scarica prima attraverso l'induttore (VC(t) diminuisce e i(t) aumenta). Quando ωt raggiunge π/2, il condensatore è completamente scaricato (VC = 0) e la corrente massima scorre nell'induttore. Quindi il condensatore viene caricato di nuovo (dalla corrente che scorre nell'induttore) nella polarità inversa (VC(t) raggiunge -V quando ωt raggiunge π), quindi scarica di nuovo (completamente scaricato quando ωt raggiunge 3π / 2) e si ricarica alla polarità originale di VC = V quando ωt raggiunge 2π. Il ciclo si ripete con il periodo nel tempo (t) di,

Equation 9

Tale comportamento oscillatorio, illustrato in Figura 3b, corrisponde anche al condensatore e all'induttore che scambiano energia elettromagnetica tra loro (un condensatore immagazzina energia nel campo elettrico a causa della caduta di tensione e un induttore immagazzina energia nel campo magnetico a causa della corrente). Nella situazione ideale di nessuna resistenza (e quindi nessuna dissipazione) nel circuito, l'oscillazione può andare avanti indefinitamente. In presenza di una certa resistenza (dissipazione), ad esempio nel circuito mostrato in Figura 3c,noto anche come circuito "RLC", tale oscillazione verrà smorzata (se non c'è alimentazione esterna), raffigurata in Figura 3d,e dopo un periodo di tempo sufficiente sia la tensione che la corrente raggiungerebbero lo zero.

Figure 1

Figura 1: Schema che mostra un circuito RC, con un resistore (R) in serie con un condensatore (C), collegato a un'alimentazione di tensione con un interruttore. Una corrente dipendente dal tempo rappresentativa (data dall'equazione 2) è raffigurata sopra la figura.

Figure 2

Figura 2: Schema che mostra un circuito RL, con un resistore (R) in serie con un induttore (L), collegato a un'alimentazione di tensione con un interruttore. Una corrente dipendente dal tempo rappresentativa (data dall'equazione 4) è raffigurata sopra la figura.

Figure 3

Figura 3: (a) Schema che mostra un circuito LC, con un induttore (L) collegato con un condensatore (C) in un circuito chiuso. (b) Una tensione rappresentativa dipendente dal tempo sul condensatore, che mostra un'oscillazione non smorzata (data dall'equazione 6). (c) Schema che mostra un circuito LC con una resistenza in serie (R), noto anche come circuito RLC. (d) Una tensione rappresentativa dipendente dal tempo sul condensatore per il circuito mostrato in (c), che mostra un'oscillazione smorzata.

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Procedure

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1. Utilizzo di un oscilloscopio

  1. Ottenere un oscilloscopio, una piccola lampadina (con resistenza R di pochi Ω), un interruttore e un'alimentazione di tensione CC (o in alternativa una batteria da 1,5 V).
  2. Collegare il circuito come mostrato nella Figura 4, con l'interruttore aperto. Le connessioni in questo esperimento possono essere fatte con cavi, morsetti o spine a banana nelle porte di ricezione degli strumenti.
  3. Selezionare la scala verticale dell'oscilloscopio in un intervallo vicino a 1 V. Selezionare la scala temporale dell'oscilloscopio in un intervallo vicino a 1 s.
  4. Chiudere l'interruttore (accendendo così la lampadina). Osservare la lampadina e la traccia ("forma d'onda") sullo schermo dell'oscilloscopio. L'oscilloscopio, collegato in parallelo alla lampadina, misurerà la tensione attraverso la lampadina e questa tensione è proporzionale alla corrente attraverso la lampadina.
  5. Ora apri di nuovo l'interruttore (spegnendo così la lampadina). Osservare nuovamente la lampadina e la traccia ("forma d'onda") sullo schermo dell'oscilloscopio.
  6. Ripetere i passaggi 1.4 e 1.5, se necessario.

Figure 4

Figura 4: Diagramma che mostra una lampadina collegata a un'alimentazione di tensione con un interruttore. Un oscilloscopio è collegato in parallelo con la lampadina per misurarne la tensione (proporzionale alla corrente).

2. Circuito RL

  1. Ottenere un induttore con induttanza L di 1 milliHenry (mH).
  2. Collegare l'induttore in serie alla lampadina (con l'oscilloscopio collegato in parallelo alla lampadina)e all'alimentazione di tensione con un interruttore aperto, come mostrato in Figura 5a .
  3. Chiudere l'interruttore. Osservare la lampadina e la forma d'onda sull'oscilloscopio.
  4. Aprire l'interruttore. Procuratevi un'altra lampadina (dello stesso tipo della prima lampadina) e collegatela in parallelo con la prima lampadina, come mostrato nella Figura 5b.
  5. Ripetere il passaggio 2.3 (chiudere l'interruttore) e osservare le lampadine e l'oscilloscopio.

Figure 5

Figura 5: Schema che mostra un circuito RL, con una lampadina (a) o due lampadine parallele ( b) che fungono da resistore (R). Un oscilloscopio è collegato in parallelo con la lampadina (s) per misurare la tensione attraverso la lampadina (s), proporzionale alla corrente totale.

3. Circuito RC

  1. Ottenere un condensatore con capacità di 1 Farad (F).
  2. Collegare il condensatore in serie con la lampadina (che è collegata in parallelo all'oscilloscopio) e insieme all'alimentazione di tensione con l'interruttore aperto, come mostrato in Figura 6a. Ciò corrisponde al circuito simile mostrato nella Figura 5a collegato al punto 2.2, tranne che con l'induttore sostituito dal condensatore.
  3. Chiudere l'interruttore. Osservare la lampadina e la forma d'onda sull'oscilloscopio.
  4. Aprire l'interruttore. Collegare la seconda lampadina in parallelo con la prima lampadina, come mostrato nella Figura 6b.
  5. Ripetere il passaggio 3.3 (chiudere l'interruttore) e osservare le lampadine e l'oscilloscopio.

Figure 6

Figura 6: Schema che mostra un circuito RC, con una lampadina (a) o due lampadine parallele (b) che fungono da resistore (R). Un oscilloscopio è collegato in parallelo con la lampadina (s) per misurare la tensione attraverso la lampadina (s), proporzionale alla corrente totale.

3. Circuito LC

  1. Collegare un induttore da 8 mH in serie con un altro interruttore aperto (interruttore #2) e insieme in parallelo a un condensatore da 10 μF, come mostrato nella Figura 7. Chiudere l'interruttore #1 per avere il condensatore carico. Nessuna lampadina viene utilizzata in questa parte dell'esperimento.
  2. Collegare l'oscilloscopio in parallelo con il condensatore, come mostrato nella Figura 7.
  3. Ora apri l'interruttore #1, quindi chiudi subito anche l'interruttore #2. Osservare l'oscilloscopio.

Figure 7

Figura 7: Schema che mostra un induttore (L) con un interruttore collegato in parallelo ad un condensatore (C), che fa parte di un circuito RC in serie studiato in Figura 6. L'oscilloscopio è ora collegato in parallelo all'induttore per misurarne la tensione.

Il resistore 'R', l'induttore 'L' e il condensatore 'C' sono elementi circuitali fondamentali, ognuno con proprietà diverse che sono alla base di tutti i moderni dispositivi elettrici.

Un resistore è un componente elettrico che dissipa energia, di solito sotto forma di calore. Al contrario, un condensatore immagazzina energia in un campo elettrico e un induttore immagazzina energia in un campo magnetico.

Quando resistori, condensatori e induttori sono collegati tra loro, i circuiti visualizzano risposte dipendenti dal tempo e dalla frequenza utili per l'elaborazione del segnale CA, radio, filtri elettrici e molte altre applicazioni.

Questo video illustrerà i comportamenti di un resistore-condensatore e di un circuito resistore-induttore e mostrerà l'oscillazione in un circuito induttore-condensatore con poca perdita di energia resistiva.

Impariamo come si comportano corrente e tensione nei circuiti che coinvolgono resistori, induttori e condensatori.

Innanzitutto, parliamo di un circuito di un resistore in serie con un condensatore, chiamato circuito RC. Quando l'interruttore è chiuso, l'uscita della sorgente di tensione viene applicata su entrambi i componenti e la corrente inizia a fluire. Poiché il condensatore è inizialmente non caricato, ha tensione zero attraverso i suoi terminali. Quindi, tutta l'uscita della sorgente di tensione appare attraverso il resistore e la corrente è al suo valore massimo.

Se guardiamo la trama di tensione e corrente contro il tempo, inizialmente VR equivale alla tensione della sorgente, la tensione attraverso il condensatore 'VC' è zero e la corrente è al suo massimo. Man mano che la corrente carica il condensatore, 'VC' aumenta. In risposta, la VR diminuisce e quindi anche la corrente diminuisce, in conformità con la legge di Ohm. Alla fine la tensione del resistore è zero e il flusso di corrente si ferma.

Un'analisi simile è possibile per un circuito RL costituito da un resistore in serie con un induttore. Nell'istante in cui l'interruttore si chiude, l'improvviso flusso di carica crea un campo magnetico nell'induttore e la sua tensione "VL" è uguale alla tensione della sorgente. Di conseguenza, la VR iniziale è zero e quindi anche la corrente iniziale è zero.

Ora, per monitorare i cambiamenti, diamo un'occhiata ai grafici di tensione e corrente come prima. Nel tempo, man mano che la tensione dell'induttore diminuisce, la tensione attraverso il resistore aumenta e quindi aumenta anche la corrente. In definitiva, la tensione dell'induttore è zero, tutta l'uscita della sorgente di tensione è attraverso il resistore e la corrente è al suo valore massimo.

Il decadimento dei transitori di corrente e tensione nei circuiti RC e RL è causato dalla dissipazione di energia nel resistore. Al contrario, un circuito LC, che ha un condensatore collegato a un induttore, idealmente non ha resistenza o perdita di energia e presenta un comportamento molto diverso.

Se il condensatore in questo circuito viene caricato alla tensione V e quindi collegato all'induttore, l'energia elettrica immagazzinata nel condensatore viene trasferita all'induttore e convertita in energia magnetica. L'induttore trasferisce quindi la sua energia al condensatore, quindi il processo si inverte con la corrente che scorre nella direzione opposta, questo processo si ripete indefinitamente e la tensione attraverso ciascun componente oscilla sinusoidalemente con il tempo.

Un circuito RLC come questo aggiunge un resistore al circuito LC. Le oscillazioni in questa configurazione si smorzano perché il resistore dissipa energia durante ogni ciclo. Alla fine le oscillazioni si fermano quando la tensione e la corrente decadono a zero.

Ora che abbiamo spiegato le basi dei circuiti RC, RL e LC, diamo un'occhiata ai loro comportamenti in laboratorio.

Ottenere un oscilloscopio, una piccola lampadina con una resistenza di pochi ohm, un interruttore e un'alimentazione a tensione CC o una batteria da 1,5 volt. Assemblare questo circuito e lasciare l'interruttore aperto.

Selezionare la scala verticale dell'oscilloscopio a 1 volt per divisione e la scala temporale a 1 secondo per divisione. Successivamente potrebbe essere necessario regolare queste impostazioni per una visualizzazione ottimale dei segnali durante i vari test.

Chiudere l'interruttore per alimentare la lampadina.

Poiché la lampadina agisce come un resistore, la corrente che la attraversa è proporzionale alla tensione. Come mostrano le tracce dell'oscilloscopio, la lampadina si illumina istantaneamente quando l'interruttore si chiude e si scurisce istantaneamente quando l'interruttore si apre.

Assemblare il circuito come mostrato con un condensatore Farad 1 in serie con la lampadina. Si noti che l'oscilloscopio misura la tensione attraverso il resistore. Lasciare l'interruttore aperto fino all'inizio del test.

Chiudere l'interruttore e osservare la lampadina e la traccia dell'oscilloscopio. La lampadina si illumina brevemente prima di scurirsi perché il condensatore passa corrente quando la tensione cambia improvvisamente, quando l'interruttore si chiude. Con il passare del tempo, la corrente attraverso il circuito decade a causa della resistenza della lampadina e della capacità.

Aprire l'interruttore e modificare il circuito collegando una seconda lampadina in parallelo alla prima.

Chiudere nuovamente l'interruttore. Guarda sia le lampadine che la traccia dell'oscilloscopio. Le due lampadine parallele si accendono e si spendono più rapidamente rispetto alla singola lampadina. Questo perché la resistenza parallela di due lampadine è inferiore alla resistenza di una singola lampadina. Il circuito risultante ha una caduta di corrente più breve e una risposta più rapida.

Assemblare questo circuito con un induttore Henry da 1 milli in serie con la lampadina. Lasciare l'interruttore aperto fino all'inizio del test.

Chiudere l'interruttore e osservare la lampadina e la traccia dell'oscilloscopio. La lampadina impiega una piccola quantità di tempo per accendersi perché l'induttore conduce poca corrente quando la tensione cambia improvvisamente, come quando l'interruttore si chiude.

Con il passare del tempo, la corrente dell'induttore - e quella attraverso la lampadina - si avvicina a un livello di stato stazionario. Aprire l'interruttore e collegare una seconda lampadina in parallelo con la prima.

Chiudere nuovamente l'interruttore. Guarda sia le lampadine che la traccia dell'oscilloscopio. Le due lampadine parallele si accendono e si spendono più lentamente rispetto alla singola lampadina. Questo perché la resistenza parallela di due lampadine è inferiore alla resistenza di una singola lampadina.

Assemblare questo circuito con un condensatore Farad da 10 micro e un induttore Henry da 8 milli, insieme all'oscilloscopio collegato attraverso il condensatore. Chiudere l'interruttore 1 per caricare il condensatore e lasciare aperto l'interruttore 2 fino all'inizio del test.

Aprire l'interruttore 1 per scollegare la sorgente di tensione dal circuito. Chiudere l'interruttore 2 e osservare l'oscilloscopio. La tensione dell'induttore oscilla e può mostrare qualche smorzamento causato dalla piccola resistenza dei fili nel circuito. Il periodo di oscillazione è dell'ordine dei milli secondi, che è coerente con il tempo previsto in base ai valori di capacità e resistenza.

Resistori, condensatori e induttori sono componenti semplici, ma i circuiti RC, RL e LC che li utilizzano hanno comportamenti complessi, che consentono molte applicazioni nell'elaborazione elettronica del segnale, nei circuiti di temporizzazione e nei filtri.

In questo esempio, i ricercatori hanno impiantato trasmettitori radio sottocutanei nei topi per studiare la pressione sanguigna mentre si muovevano liberamente. I ricevitori radio usano comunemente circuiti induttore-condensatore per selezionare una frequenza specifica dalla banda larga di energia intercettata a radiofrequenza, o RF. La frequenza corretta trasporta le informazioni desiderate per l'amplificazione e l'ulteriore elaborazione da parte di un'elettronica aggiuntiva nel ricevitore.

Gli elettroencefalografi misurano l'attività elettrica nel cervello. Gli elettrodi posizionati sopra il cuoio capelluto raccolgono segnali di livello millivolt su un'ampia gamma di frequenze. I circuiti RC, RL e LC fanno parte dei filtri che riducono le interferenze elettriche e gli artefatti, aiutando così nell'acquisizione di dati significativi.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE al comportamento dipendente dal tempo dei circuiti che utilizzano resistori, condensatori e induttori. Ora dovresti capire le basi dei circuiti RC, RL e LC e in che modo questi circuiti differiscono l'uno dall'altro. Grazie per l'attenzione!

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Results

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Per il passaggio 1, la lampadina si accende e si spegne "istantaneamente" quando si chiude (passaggio 1.4) e si apre (nel passaggio 1.5) l'interruttore. Le tracce rappresentative dell'oscilloscopio sono mostrate nella Figura 8.

Per il passaggio 2.3, dopo aver chiuso l'interruttore, si può osservare che ci vuole una piccola ma notevole quantità di tempo per accendere la lampadina (invece che istantaneamente come nel passaggio 1). Quando si puoi utilizzare due lampadine parallele (passaggio 2.5), l'accendono le lampadine più tempo rispetto al caso precedente (passaggio 2.3). Questo perché le due lampadine parallele danno una resistenza più piccola (R), e quindi una costante di tempo più lunga τL = L / R per un circuito RL (si noti che la costante di tempo potrebbe non essere esattamente il doppio della lunghezza perché le due lampadine potrebbero non avere esattamente le stesse resistenze e potrebbero esserci altre resistenze non trascurabili nel circuito). Tracce rappresentative sull'oscilloscopio per i due casi sono mostrate nella Figura 9. La scala temporale di "accensione" misurata sull'oscilloscopio è ~ ms ed è coerente con la costante di tempo attesa τL in base ai valori di induttanza e resistenza della lampadina.

Per il passaggio 3.3, dopo aver chiuso l'interruttore, si può osservare che la lampadina si illuminerà brevemente prima di estinguersi. Quando si escono due lampadine parallele (passaggio 3.5), le lampadine si emettono un tempo più breve rispetto al caso precedente (passaggio 3.3). Questo perché le due lampadine parallele danno una resistenza più piccola (R), e quindi una costante di tempo RC più breve τ = RC. Tracce rappresentative sull'oscilloscopio per i due casi sono mostrate nella Figura 10. La scala temporale di "accensione" di ~1 s è coerente con la costante di tempo prevista τ in base ai valori di capacità e resistenza della lampadina.

Per il passo 4.3, una tensione oscillatoria come quelle raffigurate nella Figura 3b, 3d può essere osservata sull'oscilloscopio. Si può osservare un certo smorzamento dell'oscillazione a causa della resistenza finita dei fili che collegano il circuito. Il periodo dell'oscillazione, dell'ordine del millisecondo, è coerente con il periodo di oscillazione LC atteso (2π) Equation 10 in base ai valori di capacità e resistenza.

Figure 8
Figura 8: Tracce rappresentative dell'oscilloscopio (o "forme d'onda") che possono essere osservate nell'esperimento raffigurato in Figura 4, quando l'interruttore è chiuso o aperto, misurando la tensione attraverso una lampadina direttamente collegata a un'alimentazione di tensione.

Figure 9
Figura 9: Tracce rappresentative dell'oscilloscopio (o "forme d'onda") che possono essere osservate quando l'interruttore è chiuso nell'esperimento raffigurato in Figura 5, misurando la tensione attraverso una lampadina collegata in serie di un induttore e un'alimentazione di tensione.

Figure 10
Figura 10: Tracce rappresentative dell'oscilloscopio (o "forme d'onda") che possono essere osservate quando l'interruttore è chiuso nell'esperimento illustrato nella Figura 6, misurando la tensione attraverso una lampadina collegata in serie di un condensatore e un'alimentazione di tensione

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Applications and Summary

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In questo esperimento, abbiamo dimostrato la risposta dipendente dal tempo (accensione e spegnimento esponenziale) nei circuiti RC o RL e come la modifica della resistenza influisce sulla costante di tempo. Abbiamo anche dimostrato la risposta oscillatoria in un circuito LC.

I circuiti RC, RL e LC sono elementi costitutivi essenziali in molte applicazioni circuitiche. Ad esempio, i circuiti RC e RL sono comunemente usati come filtri (sfruttando il fatto che i condensatori tendono a passare segnali ad alta frequenza ma bloccano i segnali a bassa frequenza, mentre il contrario è vero per gli induttori). Sono anche utili per l'elaborazione del segnale elettrico, ad esempio, prendendo la derivata o l'integrale di un segnale elettrico. Il circuito LC è un semplice esempio di "oscillatore" elettrico o circuito di risonanza ed è un componente comune nei circuiti utilizzati per amplificatori, sintonizzazione radio, ecc.

L'autore dell'esperimento riconosce l'assistenza di Gary Hudson per la preparazione del materiale e Chuanhsun Li per aver dimostrato i passaggi del video.

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Transcript

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