豆電球の明るさで共振周波数を探る
30年くらい前からやってる演示実験ですが,豆電球の明るさでRLC回路の共振周波数を探ってみましょう。
今回は周波数を周波数カウンタで測って,ちゃんと理論値通りになっているかどうか確かめてみました。
RLC直列回路の共振周波数
どこの学校にもある島津理化の電磁現象実験器セットに入っている500巻のコイル,10μFのコンデンサ2個,豆電球を使ってRLC直列回路を作ります。
500巻コイルのインダクタンスLをLCRテスターで測ったら,11.49mHありました。250巻の端子にすると,3.68mHになりました。また,コンデンサは1個で10.61μF,2個並列にすると21.60μFでした。
低周波発振器(200Hz~2000Hzくらい)の出力を10W程度のオーディオアンプで増幅し,スピーカー出力端子にこのRLC直列回路をつなぎます。豆電球を切らないように注意しつつ,発振器の周波数を変えながら豆電球が最も明るく輝く周波数(共振周波数)を探ります。この回路が共振したときインピーダンスが最小になり,電流が最大になる(電球が最も明るく輝く)からです。
低周波発振器の出力にスピーカーをつけておくと,周波数の高低が耳で聞いて分かるので,この実験の意味が分かりやすくなりますよ。
で共振周波数の理論値を計算し,実測値と比較してみました。まずまずの結果が得られます。
LC並列回路の共振周波数
LC並列回路もやってみました。
この回路のコイルとコンデンサを流れる電流の位相は逆なので,共振したときには回路図の左上下の豆電球に流れる電流はゼロになり,豆電球が消えてしまいます。
11.49mHのコイルと9.72μFのコンデンサだと共振周波数は476Hzになるはずですが,やってみると420Hzくらいで共振しました。少しズレが大きいなあ。どうしてですかねえ? またちょっと考えてみます(^^;)
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