Применяется ли закон Ома в цепи RLC?

Предположим, у меня есть разряжающаяся RC-цепь со свободным источником, как показано ниже (я имею в виду рисунок a , а не рисунок b ):

Текст

Отсюда я могу легко вычислить, что заряд конденсатора как функция времени равен

Вопрос ( т ) "=" Вопрос 0 е т р С
где Вопрос 0 - начальный заряд конденсатора.

Я тогда отмечаю, что я "=" г Вопрос г т и поэтому взяв производную от моей расчетной формулы Вопрос ( т ) "=" Вопрос 0 е т р С , я понимаю, что ток как функция времени

я ( т ) "=" Вопрос 0 р С е т р С

Но теперь из закона Ома ( В "=" я р ) Я могу получить напряжение как функцию времени, просто умножив мою функцию я ( т ) "=" Вопрос 0 р С е т р С к р , так что у меня есть

В ( т ) "=" Вопрос 0 С е т р С
или с тех пор В 0 "=" Вопрос 0 С я получил
В ( т ) "=" В 0 е т р С

Я знаю, что это правильный ответ, поскольку его подтверждают несколько источников. Но теперь предположим, что у меня есть схема RLC с разрядкой без источника, как показано на рисунке.

Текст

Мой учебник («Электричество и магнетизм», Перселл и Морен) вычисляет, что напряжение по отношению ко времени имеет форму

В ( т ) "=" е α т ( А с о с ( ю т ) + Б с я н ( ю т ) )
и я могу легко понять, почему.

Тогда, поскольку для нашей схемы мы имеем это я "=" С г В г т , мы можем рассчитать ток, выведя формулу напряжения, и мы получим, что

я ( т ) "=" С г В г т "=" А С ю ( грех ( ю т ) + α ю потому что ( ю т ) ) е α т

Но теперь, если бы я просто применил закон Ома, разделив исходное уравнение на напряжение В ( т ) "=" е α т ( А с о с ( ю т ) + Б с я н ( ю т ) ) к р Я получаю совершенно другой ответ:

я ( т ) "=" 1 р е α т ( А с о с ( ю т ) + Б с я н ( ю т ) )

В такой форме ответа кажется, что разность фаз между током и напряжением полностью исчезла, так почему же прямое применение закона Ома не дает правильного результата?

В дополнение к приведенным ниже ответам имейте в виду, что ваша дифференциация неверна: (i) вам нужно применить правило продукта; и (ii) г г т с о с ю т "=" ю с я н ю т

Ответы (3)

Новички обычно ошибаются с законом Ома, когда не понимают, какое напряжение и/или какой ток они имеют в виду.

Закон Ома связывает напряжение на резисторе с током через резистор.

«V» на вашей диаграмме — это не напряжение на резисторе; это напряжение на конденсаторе.

Хорошо, это имеет смысл. Просто для ясности: на моей первой диаграмме напряжение на резисторе всегда равно напряжению на конденсаторе, поэтому я могу просто разделить на сопротивление резистора, поскольку по закону Ома мы имеем В р е с я с т о р "=" я р но мы знаем, что В р е с я с т о р "=" В с а п а с я т о р так что мы можем точно так же сказать, что В с а п а с я т о р "=" я р . Но в случае с моей второй диаграммой формула для напряжения представляет собой напряжение на конденсаторе и не всегда равно напряжению на резисторе, поэтому мы не можем применить то же самое рассуждение, верно?
Правильно (также будьте осторожны со знаками, их легко испортить)

Напряжение на вашем рисунке не совпадает с напряжением на резисторе, поэтому оно не будет работать должным образом и дает неверные результаты.

Помните также, что для конденсаторов и катушек индуктивности использование фазоров или преобразования Лапласа может упростить все ваши вычисления во временной области, быстрое понимание функций MATLAB может решить множество уравнений для больших цепей, которые уберут много синусов и косинусов. , усилия сократятся и в итоге останется только то, что действительно важно.

Закон Ома лучше всего работает, используя Z(f) для каждой части спектра сигнала, а не во временной области.

ZL(f)=j 2pi * f L ,
Zc(f)=1/(j 2pi*f C)=-j/(2pi * f * C)

Ступенчатый ввод представляет собой широкий спектр, поэтому, если вам нужна временная область, используйте асимптотику Tau=RC в качестве целевого напряжения 63%, полученного из (e-1)/e≈0,63. 

Что вы подразумеваете под «для каждой части спектра сигнала» ? Можете ли вы уточнить? Например, что такое запчасти? - действительные и мнимые (комплексные числа)? Получение импеданса из измерений частоты (амплитуда и фаза)?