Электромагные колебания

Август 21, 2022

Главная
Физика
Электромагные колебания

Содержание

2. Электромагнитные колебания — это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие в электрической цепи. Простейшей
3. Сопротивление катушки R равно нулю.Если зарядить конденсатор до напряжения Um, то в начальный момент времени t1=0,
4. Ток достигает своего максимального значения Im в момент времени t2=T/4. Заряд конденсатора в этот момент равен
5. В момент времени t3=T/2 заряд конденсатора равен qm, напряжение равно Um, сила тока равна нулю. Полная
6. Затем конденсатор снова разряжается, но ток через катушку течет в обратном направлении. В момент времени t4=3T/4
7. Колебания, происходящие в колебательном контуре, – свободные. Они совершаются без какого-либо внешнего воздействия — только за
8. В любой произвольный момент времени полная энергия в контуре равна: где i,u,q – мгновенные значения силы
9. Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в колебательном контуре, происходящие под
10. Резонанс в электрической цепи – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре
11. Резонансная частота вычисляется по формуле: Резонансная частота не зависит от активного сопротивления R. Но чем меньше
12. График зависимости амплитуды силы тока от частоты называется резонансной кривой. Резонансная кривая имеет больший максимум в
13. При резонансе возникают наилучшие условия для поступления энергии от источника напряжения в цепь: при резонансе колебания
14. Гармоническими электромагнитными колебаниями называются периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие по гармоническому – синусоидальному
16. Если в начальный момент времени заряд имеет максимальное значение, а сила тока равна нулю, то колебания
18. Колебания заряда и напряжения в колебательном контуре происходят в одинаковых фазах. Амплитуда напряжения равна: Колебания силы
20. Скачать презентацию

Слайд 2

Электромагнитные колебания — это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие

в электрической цепи. Простейшей системой для наблюдения электромагнитных колебаний служит колебательный контур.
Колебательный контур — это замкнутый контур, образованный последовательно соединенными конденсатором и катушкой.

Слайд 3

Сопротивление катушки R равно нулю.Если зарядить конденсатор до напряжения Um, то

в начальный момент времени t1=0, напряжение на конденсаторе будет равно Um. Заряд конденсатора в этот момент времени будет равен qm=CUm. Сила тока равна нулю.Конденсатор начинает разряжаться, по катушке начинает течь ток. Вследствие самоиндукции в катушке конденсатор разряжается постепенно.
Полная энергия системы будет равна энергии электрического поля:

Слайд 4

Ток достигает своего максимального значения Im в момент времени t2=T/4. Заряд

конденсатора в этот момент равен нулю, напряжение на конденсаторе равно нулю.
Полная энергия системы в этот момент времени равна энергии магнитного поля:
В следующий момент времени ток течет в том же направлении, постепенно (вследствие явления самоиндукции) уменьшаясь до нуля. Конденсатор перезаряжается. Заряды обкладок имеют заряды, по знаку противоположные первоначальным.

Слайд 5

В момент времени t3=T/2 заряд конденсатора равен qm, напряжение равно Um,

сила тока равна нулю.
Полная энергия системы равна энергии электрического поля конденсатора.
Затем конденсатор снова разряжается, но ток через катушку течет в обратном направлении.

Слайд 6

Затем конденсатор снова разряжается, но ток через катушку течет в обратном

направлении.
В момент времени t4=3T/4 сила тока в катушке достигает максимального значения, напряжение на конденсаторе и его заряд равны нулю. С этого момента ток в катушке начинает убывать, но не сразу (явление самоиндукции). Энергия магнитного поля переходит в энергию электрического поля. Конденсатор начинает заряжаться, и через некоторое время его заряд равен первоначальному, а сила тока станет равной нулю.

Слайд 7

Колебания, происходящие в колебательном контуре, – свободные. Они совершаются без какого-либо внешнего

воздействия — только за счет энергии, запасенной в контуре.
В контуре происходят превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.

Слайд 8

В любой произвольный момент времени полная энергия в контуре равна:
где i,u,q

– мгновенные значения силы тока, напряжения, заряда в любой момент времени.
Эти колебания являются затухающими. Амплитуда колебаний постепенно уменьшается из-за электрического сопротивления проводников.

Слайд 9

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в

колебательном контуре, происходящие под действием периодически изменяющейся синусоидальной (переменной) ЭДС от внешнего источника:
где ε – мгновенное значение ЭДС, εm – амплитудное значение ЭДС.
При этом к контуру подводится энергия, необходимая для компенсации потерь энергии в контуре из-за наличия сопротивления.

Слайд 10

Резонанс в электрической цепи – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы

тока в колебательном контуре с малым активным сопротивлением при совпадении частоты вынужденных колебаний внешней ЭДС с частотой собственных колебаний в контуре.
Емкостное и индуктивное сопротивления по-разному изменяются в зависимости от частоты. С увеличением частоты растет индуктивное сопротивление, а емкостное уменьшается. С уменьшением частоты растет емкостное сопротивление и уменьшается индуктивное сопротивление.

Слайд 11

Резонансная частота вычисляется по формуле:
Резонансная частота не зависит от активного сопротивления

R. Но чем меньше активное сопротивление цепи, тем ярче выражен резонанс.
Чем меньше потери энергии в цепи, тем сильнее выражен резонанс. Если активное сопротивление очень мало (R→0), то резонансное значение силы тока неограниченно возрастает. С увеличением сопротивления максимальное значение силы тока уменьшается, и при больших значениях сопротивления резонанс не наблюдается.

Слайд 12

График зависимости амплитуды силы тока от частоты называется резонансной кривой. Резонансная

кривая имеет больший максимум в цепи с меньшим активным сопротивлением.
Одновременно с ростом силы тока при резонансе резко возрастают напряжения на конденсаторе и катушке.

Слайд 13

При резонансе возникают наилучшие условия для поступления энергии от источника напряжения

в цепь: при резонансе колебания напряжения в цепи совпадают по фазе с колебаниями силы тока.
Явление резонанса используется в радиосвязи. Каждая передающая станция работает на определенной частоте.
Резонанс может привести к перегреву проводов и аварии, если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса.

Слайд 14

Гармоническими электромагнитными колебаниями называются периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие

по гармоническому – синусоидальному или косинусоидальному – закону.
В электрических цепях это могут быть колебания:
силы тока – i=Imcos(ωt+φ+π2);
напряжения – u=Umcos(ωt+φ);
заряда – q=qmcos(ωt+φ);
ЭДС – ε=εmsinωt.
В этих уравнениях ω –циклическая частота, φ – начальная фаза колебаний, амплитудные значения: силы тока – Im, напряжения – Um и заряда – qm.

Слайд 15

Слайд 16

Если в начальный момент времени заряд имеет максимальное значение, а сила

тока равна нулю, то колебания заряда совершаются по закону косинуса с начальной фазой, равной нулю. Если в начальный момент времени заряд равен нулю, а сила тока максимальна, то колебания заряда совершаются по закону синуса.
Сила тока равна первой производной заряда от времени:
Амплитуда колебаний силы тока равна:

Слайд 17

Слайд 18

Колебания заряда и напряжения в колебательном контуре происходят в одинаковых фазах.

Амплитуда напряжения равна:
Колебания силы тока смещены по фазе относительно колебаний заряда на π/2.
Период свободных электромагнитных колебаний находится по формуле Томсона:
где L – индуктивность катушки, C – электроемкость конденсатора.