Lab 133 — วงจร RC RL RLC กระแสสลับ (3D)

วัตถุประสงค์

• หาความสัมพันธ์ของรีแอกแตนซ์ X_C และ X_L กับความถี่
• วัดเฟสระหว่างความต่างศักย์ของแหล่งจ่ายกับกระแสจากสโคปสองช่อง
• แสดงว่าความต่างศักย์ของแต่ละอุปกรณ์รวมกันแบบเฟสเซอร์ ไม่ใช่ผลบวกธรรมดา

อุปกรณ์

• เครื่องกำเนิดสัญญาณ 20–5000 Hz · แอมมิเตอร์ · โวลต์มิเตอร์กระแสสลับ · ออสซิลโลสโคปสองช่อง
• ตัวต้านทาน · ตัวเหนี่ยวนำที่มีความต้านทานลวด 5 Ω · ตัวเก็บประจุ · สะพานลัด · หลอดแสดงกระแส

วิธีการทดลอง

1. ทายผล แล้วเลือกวงจร RC แตะอุปกรณ์บนแผงหรือกดปุ่มวัดคร่อม เพื่อย้ายสายโวลต์มิเตอร์
2. วัดคร่อม C เปลี่ยน f อย่างน้อย 5 ค่า กด 📝 บันทึกผล พิมพ์ I และ V โปรแกรมคำนวณ X = V/I ให้
3. บนสโคป CH1 คือแหล่งจ่าย CH2 คือ V_R ซึ่งมีเฟสเดียวกับกระแส กด ปรับพอดี หรือเลือกช่องเอง อ่านเวลาห่าง Δt และคาบ T แล้วคำนวณ φ = 360° × Δt/T พิมพ์ลงตาราง ถ้ากระแสตามหลังให้ φ เป็นบวก
4. เลือกวงจร RL วัดคร่อม L ทำซ้ำ และวัดคร่อม R ด้วย
5. เขียนกราฟทั้ง 3 แบบ หาค่า C และ L แล้วตรวจในแผง 🎯
6. เลือกวงจร RLC วัด V ทั้ง 3 อุปกรณ์ที่ความถี่เดียว เปรียบเทียบผลบวกกับค่าที่อ่านคร่อมแหล่งจ่าย

คำถามท้ายการทดลอง

1. เหตุใดความถี่สูงจึงให้กระแสผ่านตัวเก็บประจุได้ง่ายขึ้น แต่ผ่านตัวเหนี่ยวนำได้ยากขึ้น
2. เหตุใด V_R + V_L + V_C จึงไม่เท่ากับ V ของแหล่งจ่าย
3. ในวงจร RC กระแสนำหน้าหรือตามหลังแหล่งจ่าย เพราะเหตุใด
4. เหตุใดกราฟ X_L กับ f จึงไม่ผ่านจุดกำเนิดพอดีที่ความถี่ต่ำมาก

1. รีแอกแตนซ์

ตัวเก็บประจุมีเวลาอัดประจุน้อยลงเมื่อความถี่สูง จึงต้านน้อยลง ตัวเหนี่ยวนำเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำต้านมากขึ้นเมื่อกระแสเปลี่ยนเร็วขึ้น จึงต้านมากขึ้น

2. อิมพีแดนซ์และเฟส

เมื่อ φ เป็นบวก กระแสตามหลังแหล่งจ่าย (ลักษณะตัวเหนี่ยวนำ) เมื่อ φ เป็นลบ กระแสนำหน้าแหล่งจ่าย (ลักษณะตัวเก็บประจุ)

3. เฟสเซอร์

V_R อยู่ในเฟสกับกระแส V_L นำหน้ากระแส 90° และ V_C ตามหลังกระแส 90° ค่าที่มิเตอร์อ่านได้เป็นค่าอาร์เอ็มเอส ซึ่งเกิดสูงสุดคนละเวลา จึงต้องรวมแบบเวกเตอร์