Electric oscillations forced in an RLC circuit - Resonance (EN / FR)

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🌗Situation Problem

Dear Hiveans, have you ever heard of the phenomenon of resonance in electricity? Do you know what is its interest? How to explain the perception of a television program with a crisp picture and clear sound? To listen to a Beethoven synphony without interference produced by the recording industry, just press the button on the RADIO post to select the requested frequency? How to explain this from a physical point of view?

By pressing the button of a radio station; we are trying to detect a song from Beethoven's music that we want to listen to clearly. This song is broadcast at a given frequency (N) from the radio station (transmitter) (tq: Djebel Bou Garnin Tunisia station). Explain how to ensure good reception of this frequency (N) using the button on the radio (receiver). Specify the electrical variables involved in such an operation?


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Image source: https://blog.theatrechampselysees.fr/sept-anecdotes-sur-beethoven/

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Image source: https://www.gettyimages.fr/detail/vid%C3%A9o/tuning-fm-radio-stations-on-receiver-dial-film/625530048?adppopup=true

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Image source: https://pixabay.com/fr/photos/t%C3%A9l%C3%A9vision-enfants-5017868/

🌗Experimental study of intensity resonance in a series RLC circuit

⭐ What is an intensity resonance in a series RLC electrical circuit?

Let us assemble the RLC series electrical circuit comprising: a resistor (R '), a capacitor (C), a coil (L, r), an ammeter and a GBF delivering a sinusoidal excitation voltage u(t)=Um.Sin(ωt) at the adjustable frequency (N) and with a constant rms voltage U.
Using the oscilloscope, we simultaneously visualize the electrical voltages u (t) and uR '(t).

#Note: Let: R = (R ’+ r) where r = internal resistance of the coil.

⭐ Work procedures to be performed

For example, we fix the inductance (L) of the coil and the capacitance (C) of the capacitor. Then, the frequency (N) of the GBF is varied and for different values ​​of the resistance (R'), the rms intensity (I) of the electric current is measured using an ammeter. At the same time, we can follow the electrical voltages u (t) and uR'(t) with an oscilloscope (as shown in the photos taken, using my mobile phone, in class during a practical work session with my 4th year bac students (experimental sciences branch).
On the same graph paper, we draw the curves I=f(N) relating to the values ​​taken by (R'). Then, interpret the results collected by these experiments by specifying the effect of damping on intensity resonance.

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Image source: Photo taken with my cell phone

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Image source: Photo taken with my cell phone

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Image source: Photo taken with my cell phone

⭐ Intensity resonance curve

The measurements carried out reflect the shapes of the following resonance curves for different values ​​of R':

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Image source: Personal representation with my computer.

⭐ Interpretation

At intensity resonance, the series RLC circuit responds by oscillating with its own frequency No and with the highest value of the current intensity: these oscillations are called sustained oscillations.
Whatever the damping, the resonant frequency always remains equal to the natural frequency No of the resonator (RLC circuit). But, this resonance is acute for R= (R'+ r) weak while a resonance is fuzzy for R=(R'+ r) increasingly higher.
The theoretical study of intensity resonance, referring to the Fresnel construction, is confirmed by the experimental study such that, at this resonance, we will have:
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🌗 Interest of resonance

Many electrical devices operate near resonances that are often very damped (fuzzy resonance). However, we are looking for the conditions for an acute resonance in the RLC dipole so that it is a very selective receptor. For example, a broadcast receiver enters a state of resonance on the chosen frequency and not on a neighboring frequency. Thus, in order to be able to listen, for example, to a Beethoven symphony without interference with other parasites, it suffices to act on the movable plates of the variable capacitor to make the own frequency (No) coincide with (N) as indicated in the following figure:

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Image source: http://www.pascalchour.fr/ressources/apprenez_la_radio/apprenez_la_radio.htm

#Other selective circuit:

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Image source: https://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM04/RM04k03.html

🌗 Remember

Listening to a Beethoven symphony without parasites and with clear sound through a radio, or perceiving a TV program with clear picture and sound, this will take place in the realm of resonance. The resonator receiver is said to be selective when the resonance is acute.

(version Française)

🌗Situation problème

Chers Hiveans, avez-vous déjà entendu parler du phénomène de résonance dans l'électricité ? Savez-vous quel est son intérêt ? Comment expliquer la perception d'un programme télévisé avec une image nette et un son clair ? Pour écouter une synphonie de Beethoven sans interférence produite par l'industrie du disque, il suffit d'appuyer sur le bouton du poste RADIO pour sélectionner la fréquence demandée ? Comment expliquer cela d'un point de vue physique ?

En appuyant sur le bouton d'une station de radio ; nous essayons de détecter une chanson de la musique de Beethoven que nous voulons écouter clairement. Cette chanson est diffusée à une fréquence donnée (N) depuis la station de radio (émetteur) (tq : station Djebel Bou Garnin Tunisie). Expliquez comment assurer une bonne réception de cette fréquence (N) à l'aide du bouton de la radio (récepteur). Préciser les grandeurs électriques impliquées dans une telle opération ?


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Source image: https://blog.theatrechampselysees.fr/sept-anecdotes-sur-beethoven/

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Source image: https://www.gettyimages.fr/detail/vid%C3%A9o/tuning-fm-radio-stations-on-receiver-dial-film/625530048?adppopup=true

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Source image: https://pixabay.com/fr/photos/t%C3%A9l%C3%A9vision-enfants-5017868/

🌗Etude expérimentale de la résonance d'intensité dans un circuit RLC série

⭐ Qu'est-ce qu'une résonance d'intensité dans un circuit électrique RLC série ?

Assemblons le circuit électrique série RLC comprenant : une résistance (R'), un condensateur (C), une bobine (L, r), un ampèremètre et un GBF délivrant une tension d'excitation sinusoïdale u(t) = Um.Sin ( ωt) à la fréquence réglable (N) et avec une tension efficace constante U.
A l'aide de l'oscilloscope, les tensions électriques u(t) et uR'(t) sont visualisées simultanément.

#Remarque : Soit : R=(R’+ r) où r = résistance interne de la bobine.

⭐ Procédures du travail à effectuer

Par exemple, on fixe l'inductance (L) de la bobine et la capacité (C) du condensateur. Ensuite, on fait varier la fréquence (N) du GBF et pour différentes valeurs de la résistance (R'), l'intensité efficace (I) du courant électrique est mesurée à l'aide d'un ampèremètre. Parallèlement, on peut suivre les tensions électriques u(t) et uR'(t) avec un oscilloscope (comme le montrent les photos prises, à l'aide de mon téléphone portable, en classe lors d'une séance de travaux pratiques avec mes élèves de la 4ème année baccalauréat (filière des sciences expérimentales).
Sur le même papier millimétré, on trace les courbes I = f (N) relatives aux valeurs prises par (R'). Ensuite, Interpréter les résultats recueillis par ces expériences en précisant l'effet de l'amortissement sur la résonance d'intensité.

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Source image: Photo prise avec mon téléphone portable

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Source image: Photo prise avec mon téléphone portable

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Source image: Photo prise avec mon téléphone portable

⭐ Courbe de résonance d'intensité

Les mesures effectuées reflètent les formes des courbes de résonance suivantes pour différentes valeurs de R' :
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Source image: Représentation personnelle avec mon ordinateur.

⭐ Interprétation

A' la résonance d'intensité, le circuit RLC série répond en oscillant avec sa propre fréquence No et avec la valeur la plus élevée de l'intensité du courant : ces oscillations sont appelées oscillations entretenues.
Quel que soit l’amortissement, la fréquence de résonance reste toujours égale à la fréquence propre No du résonateur (Circuit RLC). Mais, cette résonance est aigue pour R=(R'+r) faible alors qu’une résonance est floue pour R=(R'+r) de plus en plus élevée.
L'étude théorique de la résonance d'intensité, se référant à la construction de Fresnel, est confirmée par l'étude expérimentale telle que, à cette résonance, on aura : image.png

🌗Intérêt de la résonance

De nombreux appareils électriques fonctionnent à proximité de résonances souvent très amorties (résonance floue). Il vient cependant que l'on cherche les conditions d'une résonance aiguë dans le dipôle RLC afin qu'il serait un récepteur très sélectif. Par exemple, un récepteur de radiodiffusion entre dans un état de résonance sur la fréquence choisie et non sur une fréquence voisine. Ainsi, pour pouvoir écouter, par exemple, une symphonie de Beethoven sans interférence avec d'autres parasites, il suffit donc d'agir sur les plaques mobiles du condensateur variable pour faire coïncider la fréquence propre (No) avec (N) comme le montre la figure suivante:

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Source image: http://www.pascalchour.fr/ressources/apprenez_la_radio/apprenez_la_radio.htm

#Autre circuit sélectif:

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Source image: https://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM04/RM04k03.html

🌗Retenons

Écouter une symphonie de Beethoven sans parasites et avec un son clair à travers un poste radio, ou percevoir un programme télévisé avec une image et un son clairs, cela se déroulera dans le domaine de la résonance. Le récepteur résonateur est dit sélectif lorsque la résonance est aiguë.

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EN: Thank you for providing us with all this information concerning resonance in electricity.
FR: Merci de nous avoir fourni toutes ces informations concernant la résonance en électricité.

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EN: Thank you for all this valuable information
FR: Merci pour toutes ces précieuses informations

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EN: There are many other examples of resonance phenomenon, especially in the case of mechanical oscillations, which can cause enormous damage if they reach a very high pitch of this acute resonance.
FR: Il existe de nombreux autres exemples de phénomène de résonance, notamment dans le cas d'oscillations mécaniques, qui peuvent causer d'énormes dommages si elles atteignent un ton très élevé de cette résonance aiguë.

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EN:to the intensity resonance, corresponds a power resonance such that the average power of the resonator is in these conditions the highest with a power factor cos (£) close to 1 .Thus, to minimize the line losses in the cables for transporting electrical energy, STEG requires that electrical installations have a high power factor greater than or equal to (0.8): it is in fact a required resonance.
FR: à la résonance d'intensité, correspond une résonance de puissance telle que la puissance moyenne du résonateur est dans ces conditions la plus élevée avec un facteur de puissance cos (£) proche de 1. Ainsi, pour minimiser les pertes en ligne dans les câbles de transport d'énergie électrique, La STEG exige que les installations électriques aient un facteur de puissance élevé supérieur ou égal à (0,8) : c'est en fait une résonance requise.

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EN: In addition to the intensity resonance of the current, there can be a load resonance but for a frequency (N) of the resonator slightly lower than the natural frequency (No) and this can cause the breakdown of the capacitor following the overvoltage which can reach there.

FR: En plus de la résonance d'intensité du courant, il peut y avoir une résonance de charge mais pour une fréquence (N) du résonateur légèrement inférieure à la fréquence propre (No) et cela peut provoquer le claquage du condensateur suite à la surtension qui peut atteindre là.

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FR: Merci pour ces précieuses informations concernant le phénomène de résonance. Vous m'avez rappelé du pont de Tacoma de 1940. Ce pont qui s'est rompu en oscillant avec une amplitude maximale sous l'effet des forces exercées par le vent.

EN: Thank you for this precious information concerning the phenomenon of resonance. You reminded me of the 1940 Tacoma Bridge. This bridge that broke oscillating with maximum amplitude under the effect of the forces exerted by the wind.

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EN: Some phenomena require resonance to have a good output and a good performance
RR: Certains phénomènes nécessitent une résonance pour avoir un bon rendement et une bonne performance

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EN: Some devices will only be important if they enter a state of resonance to have a good performance
FR: Certains appareils n'auront d'importance que s'ils entrent dans un état de résonance pour avoir de bonnes performances

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Tu est l'exemple d'un professeur qui réussie sa tache. On doit toujours s'informer pour informer

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Yay! 🤗
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EN: I thank all the communities of the hive for encouraging us to do better.
FR: Je remercie toutes les communautés de la ruche de nous encourager à faire mieux.

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Sympa comme post

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FR: Merci et bienvenue. Bonne journée.
EN: Thank you and welcome. Good day.

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Salut.C'est très bien expliqué et c'est le rôle principal de l'enseignant qui doit être un facilitateur et accompagnateur en classe et en dehors de la classe pour présenter et expliquer des phénomènes qui nous appraissent très compliqués. L'étude de la résonnance est indispensable lors de l'élaboration des grands projets de construction.

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C'est bien de jouer le rôle d'un médiateur pour aider les apprenants à développer leurs esprits scientifiques. Je trouve tout le plaisir, avec une pensée Bachlardienne, d'interpréter tous les phénomènes qui nous entourent : raisonner c'est expérimenter, et si on expérimente on doit raisonner. Il y a un discous mutuelle entre la raison et l'expérience dans l'interprétation d'un phénomène donné. Merci de passer à côté de nous.

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FR: Dans certaines conditions de résonance électrique, il peut y avoir une très forte surtension au niveau du condensateur qui peut provoquer la mort du manipulateur si les valeurs des grandeurs électriques du dipôle RLC ne sont pas très bien choisies.
EN: Under certain conditions of electrical resonance, there may be a very high overvoltage at the level of the capacitor which may cause the death of the manipulator if the values ​​of the electrical magnitudes of the RLC dipole are not very well chosen.

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(Edited)

FR: Ces informations concernant le phénomène de résonance relatif aux oscillations électrique sont importantes, mais cela ne se limite pas au domaine de l'électricité, on peut avoir aussi le phénomène de résonance dans les oscillations mécaniques, alors dans ce cas on parle de la résonance d'elongation. Bonne journée. Merci.

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