Электромагнитные колебания Э-М колебания Свободные Вынужденные Возникают при

Электромагнитные колебания Э-М колебания Свободные Вынужденные Возникают при разряде конденсатора через катушку индуктивности Вызываются периодической ЭДС

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР Колебательный контур: L — индуктивность; C — емкость; E — электрическое поле; B — магнитное поле. Замкнутая электрическая цепь, состоящая из конденсатора емкостью С и катушки с индуктивностью L, в которой могут возбуждаться собственные колебания с частотой , обусловленные перекачкой энергии из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно. В реальных колебательных контурах всегда есть активное сопротивление, которое обуславливает затухание колебаний.

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 1. Для возбуждения колебаний в контуре конденсатор предварительно заряжают, сообщая его обкладкам заряды. Тогда в начальный момент времени между обкладками конденсатора возникает электрическое поле. Полная энергия в контуре определяется энергией электрического поля конденсатора.

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 2. При замыкании ключа конденсатор начнет разряжаться, и в цепи появится электрический ток. При появлении электрического тока возникает переменное электрическое поле, которое порождает вихревое электрическое в проводнике.

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 3. По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно увеличивается энергия магнитного поля тока.

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 4. Полная энергия электромагнитного поля равна сумме электрического и магнитного полей

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 5. Когда конденсатор полностью разрядится (q=0), энергия электрического поля станет равной нулю, энергия магнитного поля станет максимальной. В этот момент сила тока также достигнет максимального значения. Электрический ток не сможет сразу остановиться, этому препятствует явления самоиндукции. Как только сила тока и созданное им магнитное поле начнут уменьшаться, возникнет электрическое поле, которое поддерживает ток.

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 6. 7. 8. Конденсатор перезаряжается до тех пор, пока сила тока не станет равной нулю. Энергия магнитного поля в этот момент будет равна нулю, а энергия электрического поля станет максимальной. После этого конденсатор вновь начнет перезаряжаться и система возвратится в исходное состояние. Если бы не было бы потерь энергии , этот процесс продолжался бы сколь угодно!!!

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях Вывод: В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически превращается в энергию магнитного поля тока. При отсутствии сопротивления полная энергия электромагнитного поля остается неизменной.

Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями Механические величины Электрические величины • Координата • Скорость • Масса • Жесткость пружины • Потенциальная энергия • Кинетическая энергия • Заряд • Сила тока • Индуктивность • Величина, обратная емкости • Энергия электрического поля • Энергия магнитного поля

Гармонические колебания Электрический заряд (ток, напряжение) при свободных колебаниях изменяется с течением времени по закону синуса или косинуса

Амплитуда колебаний Модуль наибольшего значения колеблющейся величины

Период гармонических колебаний • Минимальный промежуток времени, через который процесс полностью повторяется • Т [1 c]

Собственная частота гармонических колебаний • Число колебаний в единицу времени • • [1 Гц]

Циклическая частота гармонических колебаний • Число колебаний за 2 •

Формула Томсона Период собственных колебаний заряда на конденсаторе и силу тока в катушке индуктивности 1853 г. Уильям Томсон (англ. )

Задача Электрический заряд, выраженный в Кулонах, изменяется с течением времени по гармоническому закону: Чему равны амплитуда колебаний и циклическая частота?

Фаза колебаний • При заданной амплитуде колебаний заряд конденсатора в любой момент времени однозначно определяется аргументом косинуса (или синуса) • Величину, стоящую под знаком косинуса или синуса, называют фазой колебаний, выражается в радианах.

Уравнение гармонических колебаний Синус отличается от косинуса сдвигом аргумента на четверть периода Начальная фаза, т. е. значение фазы в момент времени t=0 равна пи/2.

Переменный электрический ток Ток, сила и напряжение которого меняются по гармоническому закону Свободные электромагнитные колебания в контуре мгновенно затухают, и поэтому практически не используются. Незатухающие вынужденные колебания имеют большое значение!!!

Переменный электрический ток в осветительной сети квартир, применяемый на фабриках и заводах – вынужденные электромагнитные колебания, сила тока и напряжение которого меняется по гармоническому закону в России и во многих странах мира принята Стандартная частота промышленного переменного тока 50 Гц. Это значит, что на протяжении 1 с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в противоположную. В США и Японии принята частота 60 Гц.

Мгновенное значение напряжения в цепи переменного тока

Мгновенное значение силы тока в цепи переменного тока

Активное сопротивление • Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и значительным сопротивлением R. • Величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением будем называть активным сопротивлением

Активное сопротивление

Активное сопротивление В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством:

Действующее значение силы тока Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока

Действующее значение переменного напряжения Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата переменного напряжения

Закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором

Конденсатор в цепи переменного тока • Переменный ток способен течь в цепи, содержащей конденсатор • Напряжение на конденсаторе: • Напряжение на концах цепи

Заряд конденсатора Сила тока на конденсаторе Колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на пи/2

Амплитуда силы тока Величина, обратная произведению циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называется емкостным сопротивлением

Закон Ома для участка цепи переменного тока с конденсатором

Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока • Сила тока изменяется по гармоническому закону

ЭДС самоиндукции напряжение на концах катушки Колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на катушке на пи/2

Амплитуда силы тока Величина, равная произведению циклической частоты на индуктивность называется индуктивным сопротивлением

Закон Ома для участка цепи переменного тока с катушкой индуктивности

Резонанс в электрической цепи РЕЗОНАНС (франц. resonance, от лат. resono — откликаюсь), резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний приближении частоты внешнего гармонического воздействия к частоте одного из собственных колебаний системы.

В учебнике • Глава 4, Глава 5